JP3678423B2 - 絶縁体における電荷蓄積に起因するフィールドインバージョンの抑制に関する構造 - Google Patents
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Description
発明の背景
発明の分野
本発明は、一般に、集積回路を組立てるための集積回路及び多層構造に関する。より特定的には、本発明は、集積回路（ＩＣｓ）のトランジスタ間にある分離注入物のチャネルフィールドインバージョンを抑制するための特定の多層構造及び多層構造を組立てる方法に関する。
従来の技術
一般的に、集積回路は、例えば、フィールド酸化層を用いて互いに電気的に分離された、シリコン基板上に組立てられた多数のデバイス（例えば、トランジスタ）からなる。トランジスタの電気的な分離は、チャネルを通って移動することからキャリアを妨害すべくトランジスタ間に最初にシリコン基板チャネルをドーピングすることによって一般的に達成される。それゆえに、トランジスタがｎ型であるならば、分離チャネルは、ホウ素のようなｐ型ドーパントでドーピングされる。酸化層もまた、組立、パッケージング又は集積回路の動作の間に印加された電圧からドーピングされた分離チャネルを絶縁すべくトランジスタ間に生成される。
一般的に、トランジスタは、金属トレースとしてフォトリソグラフ的にパターン化されているメタリゼーション層によって選択的に接続されている。多重レベル基板にわたって金属トレースの経路指定をさせるために、２つ以上のメタリゼーションレベルが、各金属トレースを形成すべく一般に用いられる。各メタリゼーションレベルは、各メタリゼーションレベルを分離すべくかつトレースの短絡を防ぐべく絶縁層によって分離されている。バイアスは、異なるメタリゼーションレベルにトレースを完成すべく絶縁層に形成されうる。これらの絶縁層は、トレースの表面に順応する傾向があるので、トレース間に谷を形成する。
組立の間にＩＣの中間層を平坦化するために、各メタリゼーション層の間に挿入された金属間酸化サンドイッチとして絶縁層が形成される。金属間酸化サンドイッチは、各メタリゼーション層によって作られた谷を充填するための液体として適用されるＳＯＧ（spin-on-glass）層を含む。外側不活性化層は、湿気のような大気状態か集積回路を保護するように形成される。この不活性化層は、例えば、窒化ケイ素からなる。
上記の集積回路は、分離領域によって分離された隣接するトランジスタ間の電流漏れに影響されやすい。しきい電圧は、下に横たわっている基板（underlying substrate）及び酸化層の厚みに関連する。そのしきい電圧が越えるように分離酸化物に電圧が印加された場合、酸化層の真下のチャネル基板のインバージョンが発生して、キャリアが隣接するトランジスタ間を移動する。この効果は、集積回路の性能を損ない、生産量を低下し、かつ製造コストを上昇させる。
分離破壊の原因となる酸化層に電圧が印加される多くの異なる情況が存在する。例えば、窒化不活性化層とＳＯＧ層との間の反応は、分離チャネルのインバージョンを導くような電荷を生成する。ＩＣパッケージの製造の間に、ある一定の高温動作は、水素を窒化不活性化層から開放されるようにする。この自由水素は、下方に拡散し、かつ有機ＳＯＧ層の炭素と反応する。この反応は、分離破壊を起因すべく充分な正電荷の形成をきたす。更に、下に横たわっているチャネル（underlying channel）が逆転されるように分離酸化物に電荷が誘発されうる多くの組立動作が存在する。
１９９０年３月５日に出願された、共通にアサインされた、同時係続出願中の米国出願第07/476,089号において、上述の分離破壊問題に対する典型的な解決策が提案された。例えば、金属間酸化サンドイッチは、ＳＯＧ層をはさみつける（sandwich）酸化層の一つまたは両方がシリコンで濃縮されるように変更される。特に、濃縮された層がＳＯＧ層の下であるならば、シリコンのダングリング・ボンドは、水素と炭素の反応で作られた電荷を中和する。シリコン−濃縮された、金属間酸化層は、他の方法の中で、プラズマ堆積の間に、追加のシリコン−含有試液を加えることによって作られる。
シリコン濃縮された酸化物の導入は、窒化不活性化層とＳＯＧ層との間の反応による分離破壊を少なくするが、金属間酸化層の特性（例えば、回り込み率、応力、及びエッチング率）を変えることなく他の現象に起因する分離破壊を更に抑制することが望ましい。また、集積回路の製造を簡略化すること、製造コストを削減すること、及びＳＯＧ層以外の層に導入された電圧または電荷からフィールド酸化層を保護することも望ましい。
発明の概要
本発明によれば、多層集積回路は、パッケージのいずれかの上部層に導入された電圧から保護されたフィールド酸化層及び基板チャネルを含む。このシールディングは、集積回路パッケージの現存する層の特性を変更することなしに与えられる。これは、集積回路を、標準の特性を持つ層を有しかつ標準酸化堆積機械を用いて製造されるようにする。
更に、特定的には、本発明は、一つ以上の絶縁層の真下に配置された一つ以上のアモルファスシリコンの層を用いて分離破壊から保護されたフィールド酸化層及び基板チャネルを含む集積回路に関する。更に、本発明は、望ましくない電荷を中和するためにアモルファスシリコン層を有している集積回路を製造する方法に関する。
好ましい実施例において、アモルファスシリコン層は、ＳＯＧ層の炭素と窒化不活性化層との反応またはその他の電荷発生現象により、その中に作られたあらゆる電荷を中和すべく集積回路のＳＯＧ層の真下に形成される。代替の好ましい実施例において、別のアモルファスシリコン層は、電荷を中和すべくＳＯＧ層の頂部に形成される。別の好ましい実施例において、アモルファスシリコン層は、ホウ素リンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）絶縁層とフィールド酸化層との間に形成される。
【図面の簡単な説明】
これら及び他の利点及び発明の目的は、添付された図面に関する下記の好ましい実施例の詳細な説明から明らかになるであろう。
図１は、従来の、多層集積回路の断面図である。
図２は、本発明の好ましい実施例による典型的な多層集積回路における図１の分離領域”Ａ”の断面図である。
好ましい実施例の詳細な説明
従来の集積回路の一般化された断面が、図１に示されている。二つのトランジスタ１及び２は、シリコン基板３上に形成され、フィールド酸化層４によって分離されている。トランジスタは、この分野でよく知られているように、対応するソース領域２０，２１、リンまたはヒ素などのｎ型材料でドーピングされたドレイン領域２２，２３、及び金属またはポリシリコンからなる導電ゲートＴ１，Ｔ２を有する。フィールド酸化層の真下の基板チャネル５は、二つのｎ型領域の間を移動することからキャリアを防ぐべく、ホウ素のような、ｐ型材料でドーピングされている。逆に、チャネルは、ｎ型であり、ドレイン及びソースがｐ型でありうる。フィールド酸化層にしきい電圧を越えた電圧が印加されたならば、ｐ型チャネルのインバージョンが発生し、キャリアがチャネルを通って移動する。この状態は、分離破壊として一般に知られている。
図２は、本発明に基づいて設計された図１の好ましい分離領域”Ａ”の詳細図を示す。層４及び５は、集積回路の、フィールド酸化層及びチャネル基板をそれぞれ表わす。ＢＰＳＧ絶縁層６は、少なくとも一つのメタリゼーション層で形成された金属導体トレース７からトランジスタゲート（例えば、Ｔ１及びＴ２）を緩衝（buffer）すべくフィールド酸化層４上に堆積される。トレース７は、集積回路に形成された種々のデバイス（装置）を相互接続する。
金属導体トレース７の頂部は、下部酸化層８、ＳＯＧ層９及び上部酸化層１０からなる金属間酸化サンドイッチである。このサンドイッチ酸化層は、第２のメタリゼーションレベルのトレース（トレース１２）から第１のメタリゼーションレベルのトレース（即ち、トレース７）を分離する。各追加のメタリゼーション層は、次のものから一つのメタリゼーション層を電気的に分離する金属間酸化サンドイッチによって分離される。全てのメタリゼーション及び金属間酸化層が形成された後、窒化不活性化層１３は、環境からＩＣを保護すべく最上部酸化層（即ち、図２の酸化層１１）上に堆積される。
好ましい実施例によれば、アモルファスシリコン層１４は、金属間酸化サンドイッチの下部酸化層８とＳＯＧ層９の間でプラズマ堆積によって形成される。このアモルファスシリコン層は、アモルファスシリコンのダングリングシリコンボンドの高い濃度により、相対的に薄く、５００−１０００オングストロームのオーダーである。絶縁（層）と境をなしているダングリングシリコンボンドは、チャネル基板のインバージョンに一般に起因するＳＯＧ層に導入された電荷を中和する。
他の好ましい実施例は、ＳＯＧ層に蓄積された電荷を中和するために用いることができる。例えば、ＳＯＧ層の下にアモルファスシリコンの単一層を付与するよりも、一つの層（即ち、アモルファスシリコン層１４ａ）がＳＯＧ層の頂部に、そして別のもの（層１４）がＳＯＧ層の真下に付与される。アモルファスシリコンのこれら二つの層は、上記実施例で付与された単一層よりも薄い。例えば、二つのアモルファスシリコン層のそれぞれは、約５００オングストロームでありうる。
本発明の好ましい実施例は、窒化不活性化層とＳＯＧ層との間の相互作用によって作られた電荷の中和や、ＳＯＧ層上に印加された電荷に限定されない。電荷は、複数の異なる機構によって集積回路パッケージのいかなる絶縁層上にも印加されうるということが決定された。例えば、ガラスの欠陥は、ＳＯＧが無機物であっても、ＳＯＧ層に電荷を作りうる。同様に、ある特定の絶縁層の高電圧プラズマ堆積は、その中に電荷を誘発しうる。しかしながら、上記の好ましい実施例は、電荷を中和する。
本発明による多層集積回路の別の好ましい実施例は、それに印加されたあらゆる電荷を中和すべくＢＰＳＧ層６の真下にアモルファスシリコン層１５を含む。上記ＳＯＧ層に関して示されたのと同様な方法で、ＢＰＳＧ層の真下の単一アモルファスシリコン層は、前述したように、ＢＰＳＧ層をはさみつけるような二つの層（即ち、層１５及び１５ａ）で置換えられうる。
本願発明が、その精神又は重要な特性から離脱することなく別の特定の形式で実施されうるということが当業者によって感謝されるであろう。本願発明は、特定の集積回路構造のコンテキストで上述されたけれども、当業者は、他の半導体構造における望んでいない電荷を抑制することにおけるその適用性を認識するであろう。
ここに開示された実施例は、従って、全ての点で例示であり、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、添付された請求の範囲により示されており、明細書本文にはなんら拘束されなず、そして請求の範囲の均等範囲に属する全ての変更は、すべて本発明のものである。
発明の分野
本発明は、一般に、集積回路を組立てるための集積回路及び多層構造に関する。より特定的には、本発明は、集積回路（ＩＣｓ）のトランジスタ間にある分離注入物のチャネルフィールドインバージョンを抑制するための特定の多層構造及び多層構造を組立てる方法に関する。
従来の技術
一般的に、集積回路は、例えば、フィールド酸化層を用いて互いに電気的に分離された、シリコン基板上に組立てられた多数のデバイス（例えば、トランジスタ）からなる。トランジスタの電気的な分離は、チャネルを通って移動することからキャリアを妨害すべくトランジスタ間に最初にシリコン基板チャネルをドーピングすることによって一般的に達成される。それゆえに、トランジスタがｎ型であるならば、分離チャネルは、ホウ素のようなｐ型ドーパントでドーピングされる。酸化層もまた、組立、パッケージング又は集積回路の動作の間に印加された電圧からドーピングされた分離チャネルを絶縁すべくトランジスタ間に生成される。
一般的に、トランジスタは、金属トレースとしてフォトリソグラフ的にパターン化されているメタリゼーション層によって選択的に接続されている。多重レベル基板にわたって金属トレースの経路指定をさせるために、２つ以上のメタリゼーションレベルが、各金属トレースを形成すべく一般に用いられる。各メタリゼーションレベルは、各メタリゼーションレベルを分離すべくかつトレースの短絡を防ぐべく絶縁層によって分離されている。バイアスは、異なるメタリゼーションレベルにトレースを完成すべく絶縁層に形成されうる。これらの絶縁層は、トレースの表面に順応する傾向があるので、トレース間に谷を形成する。
組立の間にＩＣの中間層を平坦化するために、各メタリゼーション層の間に挿入された金属間酸化サンドイッチとして絶縁層が形成される。金属間酸化サンドイッチは、各メタリゼーション層によって作られた谷を充填するための液体として適用されるＳＯＧ（spin-on-glass）層を含む。外側不活性化層は、湿気のような大気状態か集積回路を保護するように形成される。この不活性化層は、例えば、窒化ケイ素からなる。
上記の集積回路は、分離領域によって分離された隣接するトランジスタ間の電流漏れに影響されやすい。しきい電圧は、下に横たわっている基板（underlying substrate）及び酸化層の厚みに関連する。そのしきい電圧が越えるように分離酸化物に電圧が印加された場合、酸化層の真下のチャネル基板のインバージョンが発生して、キャリアが隣接するトランジスタ間を移動する。この効果は、集積回路の性能を損ない、生産量を低下し、かつ製造コストを上昇させる。
分離破壊の原因となる酸化層に電圧が印加される多くの異なる情況が存在する。例えば、窒化不活性化層とＳＯＧ層との間の反応は、分離チャネルのインバージョンを導くような電荷を生成する。ＩＣパッケージの製造の間に、ある一定の高温動作は、水素を窒化不活性化層から開放されるようにする。この自由水素は、下方に拡散し、かつ有機ＳＯＧ層の炭素と反応する。この反応は、分離破壊を起因すべく充分な正電荷の形成をきたす。更に、下に横たわっているチャネル（underlying channel）が逆転されるように分離酸化物に電荷が誘発されうる多くの組立動作が存在する。
１９９０年３月５日に出願された、共通にアサインされた、同時係続出願中の米国出願第07/476,089号において、上述の分離破壊問題に対する典型的な解決策が提案された。例えば、金属間酸化サンドイッチは、ＳＯＧ層をはさみつける（sandwich）酸化層の一つまたは両方がシリコンで濃縮されるように変更される。特に、濃縮された層がＳＯＧ層の下であるならば、シリコンのダングリング・ボンドは、水素と炭素の反応で作られた電荷を中和する。シリコン−濃縮された、金属間酸化層は、他の方法の中で、プラズマ堆積の間に、追加のシリコン−含有試液を加えることによって作られる。
シリコン濃縮された酸化物の導入は、窒化不活性化層とＳＯＧ層との間の反応による分離破壊を少なくするが、金属間酸化層の特性（例えば、回り込み率、応力、及びエッチング率）を変えることなく他の現象に起因する分離破壊を更に抑制することが望ましい。また、集積回路の製造を簡略化すること、製造コストを削減すること、及びＳＯＧ層以外の層に導入された電圧または電荷からフィールド酸化層を保護することも望ましい。
発明の概要
本発明によれば、多層集積回路は、パッケージのいずれかの上部層に導入された電圧から保護されたフィールド酸化層及び基板チャネルを含む。このシールディングは、集積回路パッケージの現存する層の特性を変更することなしに与えられる。これは、集積回路を、標準の特性を持つ層を有しかつ標準酸化堆積機械を用いて製造されるようにする。
更に、特定的には、本発明は、一つ以上の絶縁層の真下に配置された一つ以上のアモルファスシリコンの層を用いて分離破壊から保護されたフィールド酸化層及び基板チャネルを含む集積回路に関する。更に、本発明は、望ましくない電荷を中和するためにアモルファスシリコン層を有している集積回路を製造する方法に関する。
好ましい実施例において、アモルファスシリコン層は、ＳＯＧ層の炭素と窒化不活性化層との反応またはその他の電荷発生現象により、その中に作られたあらゆる電荷を中和すべく集積回路のＳＯＧ層の真下に形成される。代替の好ましい実施例において、別のアモルファスシリコン層は、電荷を中和すべくＳＯＧ層の頂部に形成される。別の好ましい実施例において、アモルファスシリコン層は、ホウ素リンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）絶縁層とフィールド酸化層との間に形成される。
【図面の簡単な説明】
これら及び他の利点及び発明の目的は、添付された図面に関する下記の好ましい実施例の詳細な説明から明らかになるであろう。
図１は、従来の、多層集積回路の断面図である。
図２は、本発明の好ましい実施例による典型的な多層集積回路における図１の分離領域”Ａ”の断面図である。
好ましい実施例の詳細な説明
従来の集積回路の一般化された断面が、図１に示されている。二つのトランジスタ１及び２は、シリコン基板３上に形成され、フィールド酸化層４によって分離されている。トランジスタは、この分野でよく知られているように、対応するソース領域２０，２１、リンまたはヒ素などのｎ型材料でドーピングされたドレイン領域２２，２３、及び金属またはポリシリコンからなる導電ゲートＴ１，Ｔ２を有する。フィールド酸化層の真下の基板チャネル５は、二つのｎ型領域の間を移動することからキャリアを防ぐべく、ホウ素のような、ｐ型材料でドーピングされている。逆に、チャネルは、ｎ型であり、ドレイン及びソースがｐ型でありうる。フィールド酸化層にしきい電圧を越えた電圧が印加されたならば、ｐ型チャネルのインバージョンが発生し、キャリアがチャネルを通って移動する。この状態は、分離破壊として一般に知られている。
図２は、本発明に基づいて設計された図１の好ましい分離領域”Ａ”の詳細図を示す。層４及び５は、集積回路の、フィールド酸化層及びチャネル基板をそれぞれ表わす。ＢＰＳＧ絶縁層６は、少なくとも一つのメタリゼーション層で形成された金属導体トレース７からトランジスタゲート（例えば、Ｔ１及びＴ２）を緩衝（buffer）すべくフィールド酸化層４上に堆積される。トレース７は、集積回路に形成された種々のデバイス（装置）を相互接続する。
金属導体トレース７の頂部は、下部酸化層８、ＳＯＧ層９及び上部酸化層１０からなる金属間酸化サンドイッチである。このサンドイッチ酸化層は、第２のメタリゼーションレベルのトレース（トレース１２）から第１のメタリゼーションレベルのトレース（即ち、トレース７）を分離する。各追加のメタリゼーション層は、次のものから一つのメタリゼーション層を電気的に分離する金属間酸化サンドイッチによって分離される。全てのメタリゼーション及び金属間酸化層が形成された後、窒化不活性化層１３は、環境からＩＣを保護すべく最上部酸化層（即ち、図２の酸化層１１）上に堆積される。
好ましい実施例によれば、アモルファスシリコン層１４は、金属間酸化サンドイッチの下部酸化層８とＳＯＧ層９の間でプラズマ堆積によって形成される。このアモルファスシリコン層は、アモルファスシリコンのダングリングシリコンボンドの高い濃度により、相対的に薄く、５００−１０００オングストロームのオーダーである。絶縁（層）と境をなしているダングリングシリコンボンドは、チャネル基板のインバージョンに一般に起因するＳＯＧ層に導入された電荷を中和する。
他の好ましい実施例は、ＳＯＧ層に蓄積された電荷を中和するために用いることができる。例えば、ＳＯＧ層の下にアモルファスシリコンの単一層を付与するよりも、一つの層（即ち、アモルファスシリコン層１４ａ）がＳＯＧ層の頂部に、そして別のもの（層１４）がＳＯＧ層の真下に付与される。アモルファスシリコンのこれら二つの層は、上記実施例で付与された単一層よりも薄い。例えば、二つのアモルファスシリコン層のそれぞれは、約５００オングストロームでありうる。
本発明の好ましい実施例は、窒化不活性化層とＳＯＧ層との間の相互作用によって作られた電荷の中和や、ＳＯＧ層上に印加された電荷に限定されない。電荷は、複数の異なる機構によって集積回路パッケージのいかなる絶縁層上にも印加されうるということが決定された。例えば、ガラスの欠陥は、ＳＯＧが無機物であっても、ＳＯＧ層に電荷を作りうる。同様に、ある特定の絶縁層の高電圧プラズマ堆積は、その中に電荷を誘発しうる。しかしながら、上記の好ましい実施例は、電荷を中和する。
本発明による多層集積回路の別の好ましい実施例は、それに印加されたあらゆる電荷を中和すべくＢＰＳＧ層６の真下にアモルファスシリコン層１５を含む。上記ＳＯＧ層に関して示されたのと同様な方法で、ＢＰＳＧ層の真下の単一アモルファスシリコン層は、前述したように、ＢＰＳＧ層をはさみつけるような二つの層（即ち、層１５及び１５ａ）で置換えられうる。
本願発明が、その精神又は重要な特性から離脱することなく別の特定の形式で実施されうるということが当業者によって感謝されるであろう。本願発明は、特定の集積回路構造のコンテキストで上述されたけれども、当業者は、他の半導体構造における望んでいない電荷を抑制することにおけるその適用性を認識するであろう。
ここに開示された実施例は、従って、全ての点で例示であり、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、添付された請求の範囲により示されており、明細書本文にはなんら拘束されなず、そして請求の範囲の均等範囲に属する全ての変更は、すべて本発明のものである。
Claims (8)
- 基板と、
前記基板の面に形成された複数の電気的デバイスと、
前記基板の前記面に隣接しかつ前記電気的デバイスの各々を分離する分離手段と、
前記電気的デバイスに対して重ね合わせの関係で配置され、前記電気的デバイスを相互接続するための金属導体トレースの少なくとも一つのメタリゼーション・レベルと、
前記金属導体トレースの少なくとも一つのメタリゼーション・レベルと前記電気的デバイスとの間に配置されたＳＯＧ層を含む第１の絶縁層と、
前記金属導体トレースの少なくとも一つのメタリゼーション・レベルの上に形成された窒化不活性化層と
を有している集積回路において、
第１のアモルファスシリコンの層が、第１の絶縁層の上面に形成され、かつ第２のアモルファスシリコンの層が、第１の絶縁層の下面に形成されていることを特徴とする集積回路。 - 前記第１のアモルファスシリコンの層は、前記少なくとも一つのメタリゼーション層と前記第１の絶縁層との間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
- 前記第２のアモルファスシリコンの層は、前記第１の絶縁層と前記分離手段との間の当該分離手段上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
- 前記第１の絶縁層は、スピン-オン-ガラス層であることを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
- 前記第１の絶縁層は、前記分離手段と前記少なくとも一つのメタリゼーション層との間に配置されたＢＰＳＧ層であることを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
- 前記窒化不活性化層と前記少なくとも一つのメタリゼーション層との間に形成された第２の絶縁層と、及び前記第２の絶縁層と少なくとも一つのメタリゼーション層との間に形成された第３のアモルファスシリコンの層と、を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
- 第１のアモルファスシリコンの層は、前記窒化不活性化層から発生した水素と前記ＳＯＧ層に包含される炭素とが反応することにより生成された電荷を中和することを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
- 前記第１の絶縁層は、有機材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
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