JPS6161536B2 - - Google Patents

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JPS6161536B2
JPS6161536B2 JP55004621A JP462180A JPS6161536B2 JP S6161536 B2 JPS6161536 B2 JP S6161536B2 JP 55004621 A JP55004621 A JP 55004621A JP 462180 A JP462180 A JP 462180A JP S6161536 B2 JPS6161536 B2 JP S6161536B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の利用分野 本発明は、半導体集積回路に関し、特に半導
体集積回路に用いられる配線構造の改良に関す
るものである。すなわち、本発明は、半導体基
体との間の寄生容量が小さく、高速動作集積回
路の実現が可能な低容量配線を有する半導体集
積回路に関するものである。
(2) 従来技術 半導体集積回路(IC)、特に大規模集積回路
(LSI)では、集積度の増大とともに配線の寄
生容量が増大する。したがつて、集積回路の高
速動作のためには、配線の寄生容量を小さくす
る必要がある。シリコン基体(基板、エピタキ
シヤル層、ウエル拡散層等)を用いたLSIにお
いて、従来は第1図に示すように、配線1とシ
リコン基体2の間には厚い絶縁膜(SiO2等)
3が存在していた。この場合、配線1とシリコ
ン基体2との間の容量CはSiO2膜による容量
CoxとSiO2膜下の空乏層4による容量Cdの直
列値として表わされる。しかし、SiO2膜3下
のシリコン基体表面には、通常不純物濃度の高
いチヤネルストツパが形成されているため、
SiO2膜下には空乏層(点線)はあまり延びな
い。そのため、配線1とシリコン基体2との容
量Cはほぼ配線下のSiO2膜による容量Coxによ
つて決まる。したがつて、この容量を小さくす
るためには、SiO2膜の膜厚を厚くする必要が
ある。しかし、絶縁膜の膜厚を厚くすると、集
積回路表面の段差が大きくなつて、配線の断線
などの問題が生じるため、絶縁膜を厚くするこ
とによつて配線容量を減らすことには限度があ
る。
(3) 発明の目的 本発明は、配線下の絶縁膜の膜厚を厚くする
ことなく、配線と半導体基体との間の容量を小
さくすることのできる配線構造を有する半導体
集積回路を提供することを目的とする。
(4) 発明の総括説明 上記目的を達成するため、本発明の半導体集
積回路装置では、配線形成領域の半導体基体の
表面領域又はその近傍に、該基体とは反対導電
形のウエル領域を設け、該ウエル領域内又はウ
エル領域から基体内に伸びる厚い空乏層を形成
し、該厚い空乏層上の基体表面上に絶縁膜を介
して配線層を設けることにより、配線容量を小
さくした装置である。
(5) 実施例 以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明す
る。
実施例 1 第2図は、本発明による新しい配線容量低減構
造を示すものである。正の基体電位Vsubが印加
された1014cm-3オーダーの低不純物濃度n形シリ
コン基体(p形の時は負の基体電位−Vsubを印
加)6内に、1015cm-3オーダーの比較的低い不純
物濃度を有する深さ2〜6μmのp形領域(基体
がp形の時はn形、以下、この領域をpウエルと
記す)7が形成されている。n+形拡散層8等か
らなるMISトランジスタ等の素子は、このpウエ
ル内に形成される。配線9が形成されている領域
では、各pウエル7は分離されており、pウエル
の分離領域では、n形基体との間に形成される空
乏層(点線)10が延びている。pウエルの分離
領域の間隔が小さい場合には、例えば、pウエル
の深さが3μmの場合には6〜10μmのウエル間
隔で分離領域の両側面から延びてきた空乏層が互
いに接触し、pウエルの分離領域全体に空乏層が
形成されるようになる。この場合、シリコン基体
表面から見た空乏層の厚さdは、pウエルの深さ
以上になる。例えばpウエルの深さが3μmで、
pウエルが接地され、n形シリコン基体に5Vの
電圧が印加されている場合には、pウエルの分離
領域に形成される空乏層のシリコン基体表面から
の深さdは約5μmにもなる。このことから、p
ウエル分離領域上に配線9がSiO2膜等の絶縁膜
11を介して形成されている場合には、SiO2
容量Coxと空乏層容量Cdとからなる配線9とシ
リコン基体6との間の寄生容量Cは、空乏層容量
Cdが非常に小さいために従来構造に比べ大幅に
小さくなる。第3図は本発明による構造と従来構
造との配線−基体間容量を配線下のSiO2膜厚を
パラメータとして示したものである(31:本発
明構造、32:従来構造)。従来構造では、既に
述べたようにSiO2膜を厚くしないと配線容量は
小さくならないが、本発明による構造では、
SiO2膜を厚くしなくとも、配線容量は従来構造
に比べ充分に小さくなつている。例えばpウエル
分離領域の空乏層のシリコン表面からの厚さdが
5μmの場合、配線下のSiO2膜厚が、0.4μmと
1μmの場合では、本発明による構造の配線容量
はそれぞれ従来構造の約1/4.5,1/2.5に低減
している。このため、本発明による構造を用いた
LSIでは、配線容量が小さくなり、高速化が可能
となる。
実施例 2 本発明による配線容量の低減は、配線下の空乏
層容量Cdを小さくすることによつて実現されて
いる。本実施例では、pウエル分離領域に形成さ
れる空乏層の厚さdをさらに大きくすることによ
り、配線下の空乏層容量Cdをさらに小さくす
る。このために、第4図に示すように、低濃度p
ウエル12が接地されている場合に対し、第5図
に示すようにpウエル12に数Vの負電圧−Vw
を印加し、正電圧+Vsubが印加されているn形
シリコン基体13との間の空乏層(点線)14の
厚さを大きくすることにより、配線15と基板1
3との寄生容量をさらに小さくすることができ
る。なお、16はSiO2等の絶縁膜である。又、
基体およびウエルの導電形を反転させた場合は、
印加電圧極性を反転させれば良い。
実施例 3 LSI内の配線領域が広く、多数の配線15が存
在する場合には、第6図に示す実施例の様に、配
線領域に多数の島状pウエル(中間領域)17を
形成し、配線領域全体に延びた厚い空乏層(点
線)18により配線容量を減らすことができる。
なお、配線領域内のpウエル17と、素子が形成
されるpウエル19とを別々に形成して、配線領
域内のpウエル17のみさらに低濃度化し、これ
らのpウエル17を電位的にフロートの状態にし
て、n形基体20との間のくくりつけ電位
(build−in potential)だけで空乏層18が延び
るようにすることも可能である。
実施例 4 配線領域における島状pウエルの配置法とし
て、第7図に示すように、例えば1辺が3〜6μ
mの正方形の島状pウエル(実線)21を密に配
置し、配線領域全体に厚い空乏層(点線)22を
形成する。この空乏層領域22の上を配線(一点
鎖線)23が走る。但し、配線領域には1部空乏
層が形成されない部分24が残る。
実施例 5 第8図に示すように、例えば1辺が3〜6μm
の正六角形の島状pウエル(実線)25を配置す
ることにより、第7図よりさらに密な配置がで
き、島状pウエルの分離領域には全て空乏層(点
線)26が形成される。この空乏層26の上を配
線(一点鎖線)27が走る。
実施例 6 実施例5(第7図)、実施例6(第8図)で
は、いずれもpウエルは島状に配置されたが、そ
れらの島状pウエルの部分が逆にpウエルの開孔
部である場合も、配線領域には厚い空乏層が形成
されるので、配線容量の低減が可能となる。この
場合、pウエルがすべてつながつているので、第
4図、5図に示したようにpウエルをある電位に
固定することが可能である。
実施例 7 配線領域のpウエルの配置として、第9図に示
すように、pウエル又はpウエルの分離領域(実
線)28を横(又は縦)に長くすることもでき
る。このような配置法によりレイアウトの簡素化
が可能となる。点線30は空乏層、一点鎖線31
は配線である。
実施例 8 本発明による配線構造の製造方法を第10図に
示す。まず、1014cm-3オーダーの低不純物濃度を
有するn形シリコン基体40に、0.5〜1μmの
SiO2或いはレジスト膜41をマスクとして、ボ
ロン等のp形不純物42を、例えば30〜100Kev
で1011〜1013cm-2イオン打ち込みする(第10図
A)。次にイオン打ち込みしたp形不純物を例え
ば1200℃、2〜6時間、熱拡散することにより、
深さ2〜6μmのpウエル43を形成する(第1
0図B)。次に、局所酸化法等により0.4〜1.5μ
mの厚いSiO2膜44を形成し、さらにpウエル
43内に拡散層45等を形成する(第10図
C)。その後、アルミニウムや多結晶シリコン、
高融点金属(例えばモリブデンやタングステン、
或いはそれらのシリサイド)による厚さ0.2〜0.5
μmの1層目の配線46を形成する(第10図
D)。次に厚さ0.4〜1.5μmのPSG等の絶縁膜4
7を形成し、さらにその上に2層目の配線48を
形成する(第10図E)。
以上述べたように、本発明による配線下に厚い
絶縁膜を形成することなく、簡単なデバイス構造
で、配線の寄生容量を低減することが可能となつ
た。これは高集積LSIの高速化に大きく寄与する
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体集積回路における配線領
域の構造を示す断面図、第2図は本発明の第1の
実施例の配線領域の構造を示す断面図、第3図は
本発明と従来例の配線領域構造の寄生容量の比較
を示す図、第4図、第5図、第6図は本発明の半
導体集積回路の他の実施例の配線領域構造を示す
断面図、第7図、第8図、第9図は本発明の半導
体集積回路の実施例の配線領域構造の実施例を示
す平面図、第10図は本発明の半導体集積回路の
配線領域構造の製造方法の一例を工程順に示す断
面図である。 1,9,15……配線、2,6,13,20…
…半導体基体(基板、基板上に設けたエピタキシ
ヤル層、基板表面領域に設けたウエル領域等)、
3,11,16……絶縁膜、4,10,14,1
8……空乏層、7,12,19……ウエル領域
(基体がp形のときはn形、基体がn形のときは
p形)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導電形の半導体基体の表面領域に設けら
    れた第2導電形のウエル領域と、前記基体表面上
    に絶縁膜を介して設けられた配線層を有し、上記
    配線層は、上記ウエル領域外の上記半導体基体上
    に位置し、上記配線層下の半導体基体表面領域の
    両側に対向して、上記ウエル領域が設けられてな
    り、上記半導体基体と上記ウエル領域間のPN接
    合を逆バイアスする手段を有することを特徴とす
    る半導体集積回路装置。 2 上記半導体基体には、第1極性の電圧が印加
    されてなることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の半導体集積回路装置。 3 上記ウエル領域が接地されてなることを特徴
    とする特許請求の範囲第2項記載の半導体集積回
    路装置。 4 上記ウエル領域には第2極性の電圧が印加さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第2項
    記載の半導体集積回路装置。 5 上記ウエル領域内に各種半導体素子が設けら
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第3項
    又は第4項記載の半導体集積回路装置。 6 上記ウエル領域対向部の上記半導体基体の表
    面領域には、少なくとも1個の第2導電形中間領
    域が設けられ、該中間領域と上記ウエル領域間の
    基体表面上に絶縁膜を介して配線層が設けられて
    なることを特徴とする特許請求の範囲第3項又は
    第4項記載の半導体集積回路装置。 7 上記中間領域は、第2極性電位、接地電位、
    フーロート電位のうちのいずれかの電位に設定さ
    れてなることを特徴とする特許請求の範囲第6項
    記載の半導体集積回路装置。 8 上記ウエル領域は一体に形成されており、上
    記対向部の半導体基体表面領域は、ウエル領域の
    開口部であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の半導体集積回路装置。 9 上記対向するウエル領域は島状に分離した領
    域であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の半導体集積回路装置。
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