JPH053321A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPH053321A
JPH053321A JP3152965A JP15296591A JPH053321A JP H053321 A JPH053321 A JP H053321A JP 3152965 A JP3152965 A JP 3152965A JP 15296591 A JP15296591 A JP 15296591A JP H053321 A JPH053321 A JP H053321A
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JP
Japan
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film
integrated circuit
circuit device
semiconductor integrated
type semiconductor
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Application number
JP3152965A
Other languages
English (en)
Inventor
Yukio Tanigaki
幸男 谷垣
Yasushi Kawabuchi
靖 河渕
Akira Haruta
亮 春田
Tokio Kato
登季男 加藤
Masashi Sawara
政司 佐原
Masayasu Suzuki
正恭 鈴樹
Shinichi Ishida
進一 石田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 SOI構造の半導体集積回路装置において、
動作速度を高速化する。信頼性を向上する。 【構成】 SOI構造の半導体集積回路装置において、
配線を銅または銅合金で構成する。 【効果】 抵抗値が低減されるので、配線の信号伝送遅
延は低減される。マイグレーション耐性は向上するの
で、配線の電流量を大きくすることができる。耐熱温度
が向上するので、配線上の絶縁膜の膜質を向上すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置に
関し、特に、絶縁物上に、半導体膜を設け、この半導体
膜の主面部に素子を設けた半導体集積回路装置に適用し
て有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】SOI(ilicon n nsulator)
またはSOS(ilicon n apphier)構造の半導
体集積回路装置が使用されている。この種の半導体集積
回路装置は、浮遊容量が小さいこと、素子間分離絶縁耐
圧が高いこと、更に、CMOSのラッチアップを防止で
きること等の利点があるため、高速動作向けに使用され
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者は、前記従来技術を検討した結果、以下のような問題
点を見出した。
【0004】前記半導体集積回路装置においては、素子
に接続される内部配線はアルミニウム膜またはアルミニ
ウム合金膜で構成されている。アルミニウムの抵抗値
は、室温(20℃)で2.75μΩcmである。しかし、
更に、半導体集積回路装置の高速化を図る場合には、ア
ルミニウムの抵抗値による固有の信号伝送遅延を低減す
ることができないという問題があった。
【0005】また、アルミニウムの融点は、660℃で
ある。従って、このアルミニウムの融点以上の熱処理
を、内部配線の形成工程以後に行なうことができないと
いう問題がある。一方、この内部配線上に形成される絶
縁膜の絶縁耐圧等の膜質を向上するためには、熱処理温
度が高い方が望ましいので、半導体集積回路装置の信頼
性を、更に、向上することができないという問題があっ
た。
【0006】また、前記半導体集積回路装置において
は、MISFETのゲート電極は、多結晶珪素膜で構成
されている。多結晶珪素の抵抗値は、アルミニウム等の
金属と比べて高いため、半導体集積回路装置の動作速度
を、更に、高速化することができないという問題があっ
た。
【0007】本発明の目的は、半導体集積回路装置にお
いて、動作速度を高速化することが可能な技術を提供す
ることにある。
【0008】本発明の他の目的は、前記半導体集積回路
装置において、信頼性を向上することが可能な技術を提
供することにある。
【0009】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0011】(1)絶縁物上に、半導体膜を設け、この
半導体膜の主面部に素子を設けた半導体集積回路装置に
おいて、前記素子に接続される内部配線を銅または銅合
金で構成する。
【0012】(2)前記素子はMISFETであり、こ
のMISFETのゲート電極が高融点金属膜或いは高融
点珪化金属膜の単層膜または他の導電膜との積層膜で構
成される。
【0013】
【作用】前述した手段(1)によれば、銅または銅合金
の抵抗値は、アルミニウムまたはアルミニウム合金より
も小さいので、アルミニウムまたはアルミニウム合金で
配線を構成した場合よりも、内部配線での信号伝送遅延
を低減することができる。これにより、半導体集積回路
装置の動作速度を高速化することができる。
【0014】また、銅または銅合金のマイグレーション
耐性は、アルミニウムまたはアルミニウム合金よりも大
きいので、内部配線の電流密度を大きくすることができ
る。これにより、更に、半導体集積回路装置の動作速度
を高速化することができる。
【0015】また、内部配線の高さを小さくしても電流
量を確保することができるので、内部配線の高さを小さ
くすることができる。従って、この内部配線上に形成さ
れる絶縁膜の被覆率は向上するので、半導体集積回路装
置の信頼性を向上することができる。
【0016】また、銅または銅合金の発熱量は、アルミ
ニウムまたはアルミニウム合金よりも小さいので、内部
配線での発熱は低減される。従って、発熱による信頼性
低下を低減し、半導体集積回路装置の信頼性を向上する
ことができる。
【0017】また、銅または銅合金の熱伝導率は、アル
ミニウムまたはアルミニウム合金よりも大きいので、半
導体集積回路装置の放熱性は向上する。これにより、半
導体集積回路装置の信頼性を向上することができる。
【0018】また、銅または銅合金の融点は、アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金より高いので、内部配線形
成工程以後の工程で、高温での熱処理ができる。これに
より、内部配線上の絶縁膜の膜質を向上することができ
るので、半導体集積回路装置の信頼性を向上することが
できる。
【0019】前述した手段(2)によれば、高融点金属
または高融点珪化金属の抵抗値は多結晶珪素よりも小さ
いので、MISFETのゲート電極での信号伝送遅延を
低減することができる。これにより、更に、半導体集積
回路装置の動作速度を高速化することができる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて具体的
に説明する。なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰
り返しの説明は省略する。
【0021】本発明の一実施例のSOI構造の半導体集
積回路装置の構成を、図1(要部断面図)を用いて説明
する。
【0022】図1に示すように、前記半導体集積回路装
置は、絶縁性基板1上にn型半導体膜3及びp型半導体
膜4を設け、この半導体膜3,4の主面部にpチャネル
MISFETQp、nチャネルMISFETQnの夫々
を設けることにより構成されている。
【0023】前記絶縁性基板1は、例えば、単結晶サフ
ァイアで構成されている。
【0024】前記半導体膜3,4は、例えば、単結晶珪
素膜で構成されている。この半導体膜3,4の膜厚は、
例えば、500nm程度である。前記n型半導体膜3中に
は、n型不純物例えばヒ素またはリンが導入されてい
る。前記p型半導体膜4中には、p型不純物例えばボロ
ンが導入されている。
【0025】前記絶縁性基板1の非活性領域の主面部に
は、素子間分離絶縁膜2が設けられている。この素子間
分離絶縁膜2は、例えば、酸化珪素膜で構成されてい
る。この素子間分離絶縁膜2の膜厚は、例えば、500
nm程度である。
【0026】前記nチャネルMISFETQnは、前記
p型半導体膜4の主面部に設けられている。このnチャ
ネルMISFETQnは、主に、ゲート絶縁膜5、ゲー
ト電極6、ソース領域及びドレイン領域を構成する一対
のn型半導体領域8の夫々から構成されている。前記ゲ
ート絶縁膜5は、例えば、酸化珪素膜で構成されてい
る。このゲート絶縁膜5の膜厚は、例えば、20nm程度
である。前記ゲート電極6は、このゲート絶縁膜5上に
設けられている。このゲート電極6は、例えば、200
nm程度の膜厚の多結晶珪素膜と、300nm程度の膜厚の
タングステンシリサイド膜との積層膜で構成されてい
る。前記一対のn型半導体領域8は、前記p型半導体膜
4の主面部において、前記ゲート電極6の側部に設けら
れている。
【0027】前記pチャネルMISFETQpは、前記
n型半導体膜3の主面部に設けられている。このpチャ
ネルMISFETQpは、主に、ゲート絶縁膜5、ゲー
ト電極6、ソース領域及びドレイン領域を構成する一対
のp型半導体領域7の夫々から構成されている。前記一
対のp型半導体領域7は、前記n型半導体膜3の主面部
において、前記ゲート電極6の側部に設けられている。
【0028】前記n型半導体領域8及びp型半導体領域
7の夫々には、層間絶縁膜9の接続孔10を通して、配
線11が接続されている。前記層間絶縁膜9は、例え
ば、PSG(hospho ilicate lass)膜で構成
されている。この層間絶縁膜9の膜厚は、例えば、50
0nm程度である。前記配線11は、例えば、銅または銅
合金で構成されている。この配線11を構成する銅また
は銅合金の膜厚は、例えば、500nm程度である。
【0029】前記配線11上には、表面保護膜12が設
けられている。この表面保護膜12は、例えば、窒化珪
素膜で構成されている。この表面保護膜12の膜厚は、
例えば、1.0μm程度である。
【0030】以上、説明したように、本実施例の構成に
よれば、銅の抵抗値は、室温(20℃)で1.72μΩc
mであり、アルミニウムの2.75μΩcmよりも約40%
小さいので、アルミニウムまたはアルミニウム合金で配
線11を構成した場合よりも、配線11での信号伝送遅
延を低減することができる。これにより、半導体集積回
路装置の動作速度を高速化することができる。
【0031】また、銅または銅合金のマイグレーション
耐性は、アルミニウムまたはアルミニウム合金よりも大
きいので、配線11の電流密度を大きくすることができ
る。これにより、更に、半導体集積回路装置の動作速度
を高速化することができる。また、同一の電流量を確保
するのに必要な配線の断面積は小さくなるので、配線幅
を小さくし、配線間隔を縮少することにより、半導体集
積回路装置の高集積化を図ることができる。
【0032】また、配線11の高さを小さくしても電流
量を確保することができるので、配線11の高さを小さ
くすることができる。従って、この配線11上に形成さ
れる層間絶縁膜12の被覆率は向上するので、半導体集
積回路装置の信頼性を向上することができる。
【0033】また、銅または銅合金の発熱量は、アルミ
ニウムまたはアルミニウム合金よりも小さいので、配線
11での発熱は低減される。従って、発熱による信頼性
低下を低減し、半導体集積回路装置の信頼性を向上する
ことができる。
【0034】また、銅または銅合金の熱伝導率は、アル
ミニウムまたはアルミニウム合金よりも大きいので、半
導体集積回路装置の放熱性は向上する。これにより、半
導体集積回路装置の信頼性を向上することができる。
【0035】また、銅の融点は1084.5℃であり、
アルミニウムの660.4℃と比べで約420℃高いの
で、配線11形成後の熱処理温度を高温にすることがで
きる。これにより、配線11上の絶縁膜すなわち表面保
護膜12の膜厚を向上することができるので、半導体集
積回路装置の信頼性を向上することができる。
【0036】また、タングステンシリサイドの抵抗値は
多結晶珪素よりも一桁以上小さいので、MISFETの
ゲート電極6での信号伝送遅延を低減することができ
る。これにより、更に、半導体集積回路装置の動作速度
を高速化することができる。
【0037】次に、前記半導集積回路装置の製造方法
を、図2乃至図7(製造工程毎に示す要部断面図)を用
いて説明する。
【0038】まず、絶縁性基板1上に、素子間分離用の
酸化珪素膜を、例えば、CVD法で500nm程度の膜厚
で形成する。この後、活性領域の酸化珪素膜をフォトリ
ソグラフィ技術で除去し、図2に示すように、素子間分
離絶縁膜2を形成する。
【0039】次に、前記絶縁性基板1の活性領域の主面
部に、例えば、0.5μm程度の膜厚で単結晶珪素膜を
エピタキシャル成長させる。この後、例えば、イオン打
ち込み法で、n型不純物例えばヒ素またはリン、及びp
型不純物例えばボロンの夫々を選択的に導入し、図3に
示すように、n型半導体膜3及びp型半導体膜4の夫々
を形成する。
【0040】次に、前記半導体膜3,4の主面部を熱酸
化し、酸化珪素膜を20nm程度の膜厚で形成する。この
酸化珪素膜は、ゲート絶縁膜5を構成する。
【0041】次に、例えば、CVD法で多結晶珪素膜を
200nm程度の膜厚で形成する。この後、例えば、リン
処理法によりリンをドープし、この多結晶珪素膜を導体
膜化する。
【0042】次に、前記多結晶珪素膜上に、例えば、C
VD法でタングステンシリサイド膜を、300nm程度の
膜厚で形成する。この後、前記多結晶珪素膜及びタング
ステンシリサイド膜の積層膜を、フォトリソグラィ技術
でパターンニングし、図4に示すように、nチャネルM
ISFETQn及びpチャネルMISFETQpの夫々
のゲート電極6を形成する。
【0043】次に、pチャネルMISFETQpの形成
領域以外の領域に、例えばフォトレジスト膜をマスクと
するイオン打ち込みで、ヒ素を導入する。この後、nチ
ャネルMISFETQnの形成領域以外の領域に、例え
ばフォトレジスト膜をマスクとするイオン打ち込みで、
ボロンを導入する。
【0044】次に、前記導入したn型不純物及びp型不
純物を活性化し、図5に示すように、p型半導体領域7
及びn型半導体領域8の夫々を形成する。
【0045】次に、例えば、CVD法によりPSG膜を
500nm程度の膜厚で形成する。このPSG膜は、層間
絶縁膜9を構成する。この後、フォトリソグラフィ技術
で、図6に示すように、前記層間絶縁膜9に接続孔10
を形成する。
【0046】次に、例えば、スパッタリング法で、銅ま
たは銅合金膜を500nm程度の膜厚で形成する。この
後、この銅または銅合金膜を、フォトリソグラフィ技術
でパターンニングし、図7に示すように、配線11を形
成する。
【0047】次に、例えば、プラズマCVD法で窒化珪
素膜を1.2μm程度の膜厚で堆積し、表面保護膜12
を形成する。以上の工程を行なうことにより、前記図1
に示す本実施例の半導体集積回路装置の完成する。
【0048】以上、本発明を実施例にもとづき具体的に
説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可
能であることは言うまでもない。
【0049】前記実施例では、絶縁性基板1を単結晶サ
ファイアで構成した例を示したが、本発明は、例えば、
半導体基板上に絶縁膜を設け、この絶縁膜上に半導体膜
を設け、この半導体膜の主面部に素子を設けることもで
きる。前記半導体膜は、例えば、再結晶化または固相エ
ピタキシャル成長で形成すれば良い。
【0050】また、配線11を銅または銅合金で構成し
た例を示したが、本発明は、配線11をチタンタングス
テンまたは窒化チタンと銅との積層膜で構成することも
できる。
【0051】また、ゲート電極6を多結晶珪素膜とタン
グステンシリサイド膜の積層膜で構成した例を示した
が、本発明は、タングステンシリサイド膜の替わりに、
チタンシリサイド膜、タンタルシリサイド膜等の高融点
珪化金属膜、またはタングステン、モリブデン等の高融
点金属膜を用いることもできる。
【0052】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
【0053】絶縁物上に、半導体膜を設け、この半導体
膜の主面部に素子を設けた半導体集積回路装置におい
て、動作速度を高速化することができる。
【0054】前記半導体集積回路装置において、信頼性
を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の半導体集積回路装置の要部断
面図。
【図2】前記半導体集積回路装置を製造工程毎に示す要
部断面図。
【図3】前記半導体集積回路装置を製造工程毎に示す要
部断面図。
【図4】前記半導体集積回路装置を製造工程毎に示す要
部断面図。
【図5】前記半導体集積回路装置を製造工程毎に示す要
部断面図。
【図6】前記半導体集積回路装置を製造工程毎に示す要
部断面図。
【図7】前記半導体集積回路装置を製造工程毎に示す要
部断面図。
【符号の説明】
1…絶縁性基板、2…素子間分離絶縁膜、3…n型半導
体膜、4…p型半導体膜、5…ゲート絶縁膜、6…ゲー
ト電極、7…p型半導体領域、8…n型半導体領域、9
…層間絶縁膜、10…接続孔、11…配線、12…表面
保護膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/12 8728−4M 29/40 A 7738−4M 29/46 Z 7738−4M 7342−4M H01L 27/08 321 F 9056−4M 29/78 311 G (72)発明者 加藤 登季男 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株 式会社日立製作所武蔵工場内 (72)発明者 佐原 政司 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株 式会社日立製作所武蔵工場内 (72)発明者 鈴樹 正恭 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株 式会社日立製作所武蔵工場内 (72)発明者 石田 進一 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株 式会社日立製作所武蔵工場内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁物上に、半導体膜を設け、該半導体
    膜の主面部に素子を設けた半導体集積回路装置におい
    て、前記素子に接続される内部配線を銅または銅合金で
    構成したことを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 前記素子はMISFETであり、該MI
    SFETのゲート電極が高融点金属膜或いは高融点珪化
    金属膜の単層膜又は他の導電膜との積層膜で構成される
    ことを特徴とする前記請求項1に記載の半導体集積回路
    装置。
JP3152965A 1991-06-25 1991-06-25 半導体集積回路装置 Pending JPH053321A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1049166A2 (en) * 1999-04-27 2000-11-02 Matsushita Electronics Corporation CMOS inverter and standard cell using the same
US7112462B2 (en) 1997-03-07 2006-09-26 Tdk Corporation Self-light-emitting apparatus and semiconductor device used in the apparatus

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