JP3356147B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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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、特にゲートアレイ方式の半導体集積回路装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路装置の高速化に対
する要求は、LSIの高集積化に伴うシステム・オン・
シリコン時代の到来が間近になるにつれ、益々強くなっ
ている。半導体集積回路の高速化手段としては、基本的
にMOSトランジスタの高駆動能力化と各種寄生容量・
抵抗の低減にあることは周知の通りである。
【0003】ところで、従来ゲートアレイ等のセミカス
タムLSIでは、回路設計を顧客側で行い、かつ、設計
した半導体チップの製造工期を短縮するため、トランジ
スタを配列して形成した基本セルを用意し、これをチッ
プ内に敷き詰めたマスター・チップをあらかじめ形成し
ておき、これを顧客の設計にしたがって、配線接続を行
う方法が採られている。
【0004】図4(a)は従来の半導体集積回路装置の
第1の例を示す半導チップの部分平面図、図4(b)は
図4(a)のC−C′線断面図である。
【0005】図4(a),(b)に示すように、p型シ
リコン基板1の表面に形成して素子形成領域を区画する
フィールド酸化膜2と、素子形成領域の表面に形成した
ゲート酸化膜3の上に選択的に形成し、且つ互いに平行
に配列した複数のゲート電極4と、ゲート電極4および
フィールド酸化膜2に自己整合してシリコン基板1の表
面に形成したn- 型拡散層15並びにゲート電極4の側
面に形成したサイドウォールスペーサ7に自己整合して
形成したn+ 型拡散層16からなるソース・ドレイン拡
散層6と、ゲート電極4を含む表面に形成した層間絶縁
膜8と、層間絶縁膜8に形成したコンタクトホール12
を介してソース・ドレイン拡散層6に接続し層間絶縁膜
8の上に延在したバリアメタル膜13および金属膜13
aの積層からなる配線14とを含んで構成される。
【0006】図5は従来の半導体集積回路装置の第2の
例を示す半導体チップの部分平面図である。
【0007】図5に示すように、専用設計のLSIで
は、ゲート電極4を折り曲げて配置し、ソース・ドレイ
ン拡散層6のコンタクトホール12を介して配線14と
接続するコンタクト領域以外の領域で隣のゲート電極4
との間隔を部分的に狭くすることで基本セルの配置密度
の増大とソース・ドレイン拡散層の寄生容量を低減して
いる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体集積
回路装置の第1の例では各基本セルを接続する配線のレ
イアウトが顧客によって異なるため、コンタクトホール
を形成する位置が、あらかじめ定まっていない。このた
め、例えば基本セルのゲート幅方向に配置できる配線の
数(配線チャネル数)をあらかじめ確保しておく必要が
あり、配線チャネル数に相当する幅のソース・ドレイン
領域を形成して実際には使用しない不要部分の面積を含
む拡散層を備えておかなくてはならなかった。このこと
は、MOSトランジスタのソース・ドレインに余分な拡
散層容量が付加されることになり、LSIの動作速度の
高速化を制限する要因となっている。
【0009】また、従来の半導体集積回路装置の第2の
例では、ゲート電極4およびソース・ドレイン拡散層6
の形状を工夫して、ソース・ドレイン拡散層6の面積を
減らし、寄生容量を低減することが可能であるが、素子
の微細化に伴って拡散層の接合深さも浅くなることか
ら、拡散層の層抵抗は数十〜数百Ω/□と高抵抗化して
いる。このため、ソース・ドレイン拡散層の幅を狭くす
るとコンタクトホールからゲート幅方向に沿った拡散層
の寄生抵抗が無視できなくなり、MOSトランジスタの
駆動能力が低下するという問題がある。
【0010】本発明の目的は、配線チャネル数を減らす
ことなくソース・ドレイン拡散層の寄生容量を低減して
高速動作を向上させた半導体集積回路装置を提供するこ
とにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体集積回路
装置は、
【0012】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0013】図1(a)は本発明の第1の実施例を示す
半導体チップの部分平面図、図1(b)は図1(a)の
A−A′線断面図、図1(c)は図1(a)のB−B′
線断面図である。
【0014】図1(a)〜(c)に示すように、p型シ
リコン基板1の表面に選択的に素子分離用の厚いフィー
ルド酸化膜2を形成して素子形成領域を区画した後、素
子形成領域の表面に形成したゲート酸化膜3の上に互い
に平行に配列した複数のゲート電極4を選択的に形成す
る。ここで、ゲート電極4は、高融点金属シリサイド膜
と多結晶シリコン膜の積層膜(ポリサイド膜)や多結晶
シリコン膜あるいは高融点金属膜等を用いて形成する。
その後、図示しないが、ゲート電極4およびフィールド
酸化膜2をマスクとしてLDD構造を形成するためにリ
ンイオンを約1×1013cm-2のドーズ量でイオン注入
してn- 型拡散層を形成してもよい。次に、ゲート電極
4を含む表面に酸化シリコン膜等の絶縁膜を堆積して、
この絶縁膜を異方性エッチングによりエッチバックして
ゲート電極4の側面にサイドウォールスペーサ7を形成
する。次に、サイドウォールスペーサ7を含むゲート電
極4をマスクとしてヒ素イオンを約1×1015cm-2の
ドーズ量でイオン注入してコンタクトするために必要な
最小限の面積を有するコンタクト領域以外の領域ではゲ
―ト長方向の幅をこのコンタクト領域よりも狭くしたn
+ 型ソース・ドレイン拡散層6を形成する。次に、ソー
ス・ドレイン拡散層6のシリコン表面が露出した状態で
基板上にチタン(Ti)、コバルト(Co)、タンタル
(Ta)等の高融点金属膜を堆積し、続いて、これに熱
処理を加えて、この露出したシリコン表面と高融点金属
膜との反応により、ソース・ドレイン拡散層6の表面に
高融点金属シリサイド層5を形成して拡散層のシート抵
抗を2〜5Ω/□とした後、未反応の高融点金属膜を除
去する。
【0015】次に、これらのゲート電極4および高融点
金属シリサイド層5を含む表面に第1の層間絶縁膜8を
形成し、フォトリソグラフィ技術を用いてソース・ドレ
イン拡散層のコンタクト領域上の層間絶縁膜8にコンタ
クトホール9を形成し、続いてコンタクトホール9を含
む表面にチタン(Ti)/窒化チタン(TiN)積層膜
あるいはチタン・タングステン(TiW)膜等からなる
バリアメタル膜10と、気相成長法によるタングステン
(W)膜、アルミニウム(Al)膜あるいは銅(Cu)
膜、ないしはスパッタ・リフロー法によるアルミニウム
膜から成る金属膜10aとを順次堆積して積層する。次
に、この積層された膜をフォトリソグラフィ技術および
エッチングを用いてパターニングし、層間絶縁膜8上に
金属パッド11を形成する。ここで、金属パッド11
は、コンタクトホール9を配置するのに必要な最小の間
隔を隔てて平行に並べられたゲート電極4の間に、ゲー
ト幅方向に沿ってソース・ドレイン拡散層よりも広くレ
イアウトする。
【0016】なお、ゲート電極4に沿って形成するソー
ス・ドレイン拡散層6のゲート電極4のゲート長方向の
幅は、拡散層抵抗との兼ね合いで最適化が必要である。
すなわち、この拡散層幅は、寄生容量低減の見地からは
狭い方がよいが、拡散層幅が狭くなるに従って、金属シ
リサイド層を適用しても拡散層抵抗の増大が無視できな
くなる。例えば、ゲート長が0.25μm、ゲート幅が
10μmのトランジスタの場合、ゲート電極4のゲート
長方向の拡散層幅を0.50μmとすると、ソース・ド
レイン拡散層6の抵抗は20〜100Ωとなる。このク
ラスのMOSトランジスタのオン抵抗はゲート幅10μ
m当たり400〜600Ωとなることから、寄生抵抗を
10%程度におさえるためには、拡散層幅はゲート長の
2倍未満の値にするのが妥当である。また、拡散層幅を
さらに狭くする場合は、ゲート電極4のゲート幅方向の
拡散層長さを短くする必要があり、これには、金属パッ
ド11と接続するコンタクトホール9の数を増やしてコ
ンタクトホール9相互間のソース・ドレイン拡散層6の
層抵抗を許容される値以下になるように設定することで
対応すればよい。
【0017】次に、金属パッド11を含む表面に第2の
層間絶縁膜15を形成し、フォトリソグラフィ技術およ
びエッチングによりゲート電極4、ソース・ドレイン拡
散層6等への電気的接続を行うためのコンタクトホール
12を形成する。次に、このコンタクトホール12を含
む表面にアルミニウム等の金属膜を堆積してパターニン
グし、ソース・ドレイン拡散層6と電気的に接続された
金属パッド11とコンタクトホール12を介して接続さ
れた配線14を形成する。
【0018】これにより、従来、コンタクトホールを配
置するために広い面積を確保する必要のあった拡散層の
ゲート長方向の幅を、できるだけ小さくしてソース・ド
レイン拡散層の寄生容量を低減すると同時に、金属パッ
ド11で配線14と接続する領域をを広く形成できるた
め、所望の配線チャネル数を確保できる。
【0019】図2は本発明の第2の実施例を示す半導体
チップの部分平面図である。
【0020】図2に示すように、金属パッド11に接続
するためのソース・ドレイン拡散層6のコンタクトホー
ル9をゲート幅方向の両端に配置している以外は第1の
実施例と同様の構成を有している。この実施例では、ソ
―ス・ドレイン拡散層6に寄生する拡散層容量は、第1
の実施例より増加するが、コンタクトホール9からゲー
ト幅方向への拡散層抵抗は低減できる利点があり、この
ため、ゲート幅の広いトランジスタで有効となる。ま
た、コンタクトホール9とソース・ドレイン拡散層6と
の間隔d1を、図4(a)に示す従来例の間隔d2に比べ
て狭くしている。このためには、コンタクトホール9を
形成後、コンタクトホール9内にソース・ドレイン拡散
層6と同一導電型の不純物をイオン注入等により導入す
る方法が、一般的に用いられている。ところが、ゲート
アレイ等では、配線工程の工期短縮化が重視されるた
め、この方法を取りにくいという問題があったが、本構
成を用いることにより、ソース・ドレイン拡散層6自体
との接続をあらかじめ形成した金属パッド11を介して
行なえるので、工期を延ばすことなく、セル・サイズを
縮小することができる。
【0021】図3は本発明の第3の実施例を示す半導体
チップの部分平面図である。
【0022】図3に示すように、この実施例では、ソー
ス・ドレイン拡散層6のコンタクト領域以外の領域のゲ
―ト長方向の幅を狭くするようにゲート電極4を折り曲
げて配置し、ソース・ドレイン拡散層6にコンタクトホ
―ル9を介して接続した短冊状の金属パッド11を層間
絶縁膜(図示せず)を介してゲート電極4の一部の上に
重ねて形成した構成を有しており、基本セルの配置密度
を向上させ、かつ金属パッドを介して接続できる配線チ
ャネル数も確保できるという利点がある。
【0023】また、これらの実施例に共通して、金属パ
ッド11を延在させることで近距離の配線としても使用
できるため、配線密度の向上に役立てることも可能であ
る。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ソース・
ドレイン拡散層の面積を大幅に減らすことにより、MO
Sトランジスタの駆動能力を低下させることなく拡散層
の寄生容量を低減して、高速な半導体集積回路装置を実
現できるという効果を有する。
【0025】また、拡散層とコンタクトトする金属パッ
ドを、配線形成に先立って、あらかじめ形成しておくと
ことにより、高集積化されたゲートアレイ等のセミカス
タムLSIの納期を短縮できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す半導体チップの部
分平面図およびA−A′線断面図並びにB−B′線断面
図。
【図2】本発明の第2の実施例を示す半導体チップの部
分平面図。
【図3】本発明の第3の実施例を示す半導体チップの部
分平面図。
【図4】従来の半導体集積回路装置の第1の例を示す半
導体チップの部分平面図およびC−C′線断面図。
【図5】従来の半導体集積回路装置の第2の例を示す半
導体チップの部分平面図。
【符号の説明】
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 高融点金属シリサイド層 6 ソース・ドレイン拡散層 7 サイドウォールスペーサ 8,15 層間絶縁膜 9,12 コンタクトホール 10,13 バリアメタル膜 10a,13a 金属膜 11 金属パッド 14 配線 15 n- 型拡散層 16 n+ 型拡散層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−37280(JP,A) 特開 平4−84439(JP,A) 特開 昭54−91971(JP,A) 特開 平4−282854(JP,A) 特開 平3−222457(JP,A) 特開 昭61−74351(JP,A) 特開 平5−267596(JP,A) 特開 平2−16772(JP,A) 特開 平5−67615(JP,A) 実開 平4−72652(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/822 H01L 27/04 H01L 27/118 H01L 27/108 H01L 21/8242 H01L 29/78 H01L 21/768

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に形成されたゲート電極と、
    ソース・ドレイン拡散層と、第1の層間絶縁膜と、前記
    第1の層間絶縁膜に形成した第1のコンタクトホールを
    介して前記ソース・ドレイン拡散層に接続した短冊状の
    金属パッドと、前記金属パッドを含む表面に形成した第
    2の層間絶縁膜に形成した第2のコンタクトホールを介
    して前記金属パッドに接続し且つ前記第2の層間絶縁膜
    上に延在して形成した配線とを有し、前記ソース・ドレ
    イン拡散層のゲート長方向の幅が前記第1のコンタクト
    ホールの領域以外の領域では前記第1のコンタクトホー
    ルの領域よりも小さくなっていることを特徴とする半導
    体集積回路装置。
  2. 【請求項2】コンタクト領域以外の領域に形成したソ―
    ス・ドレイン拡散層のゲート長方向の幅を狭くするよう
    にゲート電極が折曲げて配置され、且つ前記ソース・ド
    レイン拡散層に電気的に接続された金属パッドが第1の
    層間絶縁膜を介して前記ゲート電極上を含む領域上に延
    在して形成された請求項1記載の半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】半導体基板上に形成されたゲート電極と、
    ソース・ドレイン拡散層と、第1の層間絶縁膜と、前記
    第1の層間絶縁膜に形成した第1のコンタクトホールを
    介して前記ソース・ドレイン拡散層に接続した短冊状の
    金属パッドと、前記金属パッドを含む表面に形成した第
    2の層間絶縁膜に形成した第2のコンタクトホールを介
    して前記金属パッドに接続し且つ前記第2の層間絶縁膜
    上に延在して形成した配線とを有し、前記ソース・ドレ
    イン拡散層のコンタクト領域以外の領域のゲート長方向
    の幅が前記ゲート長の2倍未満であることを特徴とする
    半導体集積回路。
  4. 【請求項4】半導体基板上に形成されたゲート電極と、
    ソース・ドレイン拡散層と、第1の層間絶縁膜と、前記
    第1の層間絶縁膜に形成した第1のコンタクトホールを
    介して前記ソース・ドレイン拡散層に接続した短冊状の
    金属パッドと、前記金属パッ ドを含む表面に形成した第
    2の層間絶縁膜に形成した第2のコンタクトホールを介
    して前記金属パッドに接続し且つ前記第2の層間絶縁膜
    上に延在して形成した配線とを有し、前記ソース・ドレ
    イン拡散層と金属パッドとを接続するコンタクト領域の
    数が前記コンタクト領域以外の前記ソース・ドレイン拡
    散層の抵抗をMOSトランジスタのオン(チャネル)抵
    抗の10%以下になるように設定したことを特徴とする
    半導体集積回路。
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