JP2001189389A - Semiconductor memory and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor memory and its manufacturing method

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JP2001189389A
JP2001189389A JP2000390526A JP2000390526A JP2001189389A JP 2001189389 A JP2001189389 A JP 2001189389A JP 2000390526 A JP2000390526 A JP 2000390526A JP 2000390526 A JP2000390526 A JP 2000390526A JP 2001189389 A JP2001189389 A JP 2001189389A
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gate electrode
mos transistor
forming
layer
connection hole
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Fumihiko Hayashi
文彦 林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an SRAM memory cell comprising load elements, employing polysilicon as a basic body in which high speed operation is realized by decreasing node contact resistance using salicidation technology. SOLUTION: A gate electrode 104ab of a driving transistor and a contact hole 109a, reaching an N-type diffusion layer 106b are formed in an interlayer film 108 covering a memory cell and a silicide layer 110, are formed selectively by silicidation, prior of forming a high resistance load thereon by growing polysilicon. Node contact resistance can be decreased because the N type diffusion layers 106ba, the gate electrodes 104ab, and the heavily-doped polysilicon region 111aa of the high resistance load are interconnected by the silicide layer 110.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体記憶装置及
びその製造方法に関し、特にスタティックランダムアク
セスメモリ(SRAM)セルの構造並びに製造方法に関
する。
The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a structure and a method of manufacturing a static random access memory (SRAM) cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、微細化、高速化が要求されるRA
Mにおいては、微細な拡散層やゲート電極の抵抗を低下
させ、寄生抵抗による動作遅延を低減して高速化を図る
ため、サリサイデーション技術を適用する方式の研究開
発が活発となってきている。この方式は、SRAMとロ
ジック回路を混載したワンチッププロセッサ等において
特に重要となる。
2. Description of the Related Art In recent years, RA which requires finer and faster
In the case of M, research and development of a method of applying a salicidation technique has been active in order to reduce the resistance of a fine diffusion layer and a gate electrode, reduce the operation delay due to parasitic resistance, and increase the speed. . This method is particularly important in a one-chip processor or the like in which an SRAM and a logic circuit are mixed.

【0003】このような方式を実現する従来の技術を図
6,図7に基づいて説明する。図6(a)は、SRAM
メモリセルを示す平面図、(b)は同断面図、図7は等
価回路図である。
A conventional technique for realizing such a method will be described with reference to FIGS. FIG. 6A shows an SRAM.
FIG. 7B is a plan view showing the memory cell, FIG. 7B is a sectional view of the same, and FIG. 7 is an equivalent circuit diagram.

【0004】N型シリコン基板上にPウェル301が設
けられており、フィールド302、ゲート酸化膜303
が設けられたPウェル301の表面には、第1の駆動用
MOSトランジスタTD1、第2の駆動用MOSトラン
ジスタTD2、第1の転送用MOSトランジスタTA
1、第2の転送用MOSトランジスタTA2、第1の高
抵抗負荷HR1、第2の高抵抗負荷HR2が設けられて
いる。トランジスタTD1はゲート電極304aa、ド
レインとなるN型拡散層306ba、ソースとなるN型
拡散層306aからなり、トランジスタTD2はゲート
電極304ab、ドレインとなるN型拡散層306b
b、ソースとなるN型拡散層306aからなり、トラン
ジスタTA1はゲート電極304b、ドレインとなるN
型拡散層306c、ソースとなるN型拡散層306da
からなり、トランジスタTA2はゲート電極304b、
ドレインとなるN型拡散層306bb、ソースとなるN
型拡散層306dbからなる、ゲート電極304bはワ
ード線WLとして用いられ、N型拡散層306aは接地
GNDに接続されている。高抵抗負荷HR1は高抵抗ポ
リシリコン領域304acからなり、ゲート電極304
ab及び電源配線304aeに接続している。高抵抗負
荷HR2は高抵抗ポリシリコン領域304adからな
り、ゲート電極304aa及び電源配線304aeに接
続している。電源配線304aeは電源Vccに接続し
ている。N型拡散層306baとゲート電極304ab
は接続孔309acを介して、またゲート電極304a
bとN型拡散層306cは接続孔309aaを介してそ
れぞれ接続しており、第1のノードN1を構成してい
る。N型拡散層306bbとゲート電極304aaは接
続孔309abを介して接続し、第2のノードN2を構
成している。N型拡散層306daは接続孔309ba
を介しビット線BL1に接続しており、N型拡散層30
6dbは接続孔309bbを介しビット線BL2に接続
している。ゲート電極304aa、304ab、304
b、電源配線304ae、高抵抗ポリシリコン領域30
4ac、304adとは同一の層で形成されており、高
抵抗ポリシリコン領域304ac、304adを除く部
分は、選択的に不純物の導入がなされ、低抵抗化されて
いる。さらに高抵抗ポリシリコン領域304ac、30
4adを除くゲート電極304aa、304ab、30
4b、電源配線304aeの上面、及び各N型拡散層の
上面にはシリサイド層307が例えば50〜100nm
程度の厚さに形成されている。次に、上記従来技術によ
るSRAMメモリセルの製造方法を図8に基づいて説明
する。
A P well 301 is provided on an N-type silicon substrate, and a field 302 and a gate oxide film 303 are provided.
Are provided on the surface of the P well 301 provided with the first MOS transistor TD1, the second MOS transistor TD2, and the first MOS transistor TA for transfer.
1, a second transfer MOS transistor TA2, a first high-resistance load HR1, and a second high-resistance load HR2 are provided. The transistor TD1 includes a gate electrode 304aa, an N-type diffusion layer 306ba serving as a drain, and an N-type diffusion layer 306a serving as a source. The transistor TD2 includes a gate electrode 304ab and an N-type diffusion layer 306b serving as a drain.
b, an N-type diffusion layer 306a serving as a source, and the transistor TA1 has a gate electrode 304b and N serving as a drain.
Diffusion layer 306c, N-type diffusion layer 306da serving as a source
And the transistor TA2 has a gate electrode 304b,
N-type diffusion layer 306bb serving as a drain, N-type serving as a source
The gate electrode 304b made of the type diffusion layer 306db is used as a word line WL, and the N type diffusion layer 306a is connected to the ground GND. The high resistance load HR1 is composed of a high resistance polysilicon region 304ac,
ab and the power supply wiring 304ae. The high resistance load HR2 is composed of a high resistance polysilicon region 304ad, and is connected to the gate electrode 304aa and the power supply wiring 304ae. The power supply wiring 304ae is connected to the power supply Vcc. N-type diffusion layer 306ba and gate electrode 304ab
Are connected via the connection hole 309ac and the gate electrode 304a.
b and the N-type diffusion layer 306c are connected to each other via a connection hole 309aa, and constitute a first node N1. The N-type diffusion layer 306bb and the gate electrode 304aa are connected via a connection hole 309ab to form a second node N2. The N-type diffusion layer 306da has a connection hole 309ba.
Are connected to the bit line BL1 via the N-type diffusion layer 30.
6db is connected to the bit line BL2 via the connection hole 309bb. Gate electrodes 304aa, 304ab, 304
b, power wiring 304ae, high resistance polysilicon region 30
4ac and 304ad are formed in the same layer, and the portions other than the high-resistance polysilicon regions 304ac and 304ad are selectively doped with impurities to reduce the resistance. Furthermore, high resistance polysilicon regions 304ac, 30
Gate electrodes 304aa, 304ab, 30 excluding 4ad
4b, a silicide layer 307 having a thickness of, for example, 50 to 100 nm
It is formed to a thickness of about. Next, a method for manufacturing the SRAM memory cell according to the above-described conventional technique will be described with reference to FIG.

【0005】まず、図8(a)に示されるように、Pウ
ェル301が形成された後、素子分離領域には、選択酸
化法等により膜厚600nm前後のフィールド302が
形成され、素子形成領域には、熱酸化により20nm前
後の膜厚を有するゲート酸化膜303が形成される。
First, as shown in FIG. 8A, after a P well 301 is formed, a field 302 having a thickness of about 600 nm is formed in an element isolation region by a selective oxidation method or the like. A gate oxide film 303 having a thickness of about 20 nm is formed by thermal oxidation.

【0006】次にCVD法により膜厚300nm程度の
アンドープポリシリコン膜が全面に形成され、その上に
高抵抗負荷素子形成領域上を選択的に覆うフォトレジス
トパターンが形成され、このフォトレジストパターンを
マスクにしてリンが例えば30keV 1E15cm-2
の条件でイオン注入され、フォトレジストパターンが除
去された後、フォトエッチングによりパターニングが行
われ、ゲート電極304aa、304ab、304b、
高抵抗ポリシリコン領域304ac、304ad、電源
配線304aeが形成される。続いてリンが例えば10
keV 2E13cm-2の条件で全面にイオン注入さ
れ、150nm程度の酸化膜305がCVD法により全
面に成長する。ここでN-領域311が形成される。
Next, an undoped polysilicon film having a thickness of about 300 nm is formed on the entire surface by the CVD method, and a photoresist pattern for selectively covering the high resistance load element forming region is formed thereon. As a mask, phosphorus is, for example, 30 keV 1E15 cm -2
After the ion implantation is performed under the conditions described above and the photoresist pattern is removed, patterning is performed by photoetching, and the gate electrodes 304aa, 304ab, 304b,
High resistance polysilicon regions 304ac and 304ad and power supply wiring 304ae are formed. Then phosphorus is 10
Ions are implanted over the entire surface under the condition of keV 2E13 cm −2 , and an oxide film 305 of about 150 nm is grown over the entire surface by the CVD method. Here, N region 311 is formed.

【0007】次いで図8(b)に示されるように、酸化
膜305上に高抵抗ポリシリコン領域を覆うフォトレジ
スト(図示せず)が形成され、異方性ドライエッチング
により高抵抗ポリシリコン領域上に酸化膜305のパタ
ーンが残ると共に、ゲート電極301aa、304a
b、304b、高抵抗ポリシリコン領域304ac、3
04ad、電源配線304aeの側面に酸化膜305か
らなるサイドウォールが形成される。
Next, as shown in FIG. 8B, a photoresist (not shown) is formed on the oxide film 305 to cover the high-resistance polysilicon region, and is formed on the high-resistance polysilicon region by anisotropic dry etching. The pattern of the oxide film 305 remains on the gate electrodes 301aa and 304a.
b, 304b, high-resistance polysilicon region 304ac,
04ad, a side wall made of an oxide film 305 is formed on the side surface of the power supply wiring 304ae.

【0008】次に、図8(c)に示されるように、サイ
ドウォールを有するゲート電極304aa、304a
b、304b、電源配線304ae及び高抵抗ポリシリ
コン領域を覆う酸化膜305をマスクとして、ヒ素が例
えば30keV 4E15cm -2の条件でイオン注入さ
れ、N型拡散層306a、306ba、306bb、3
06c、306da、306dbが形成される。さら
に、図8(d)に示されるように、スパッタリング法に
より膜厚50〜60nm程度の高融点金属例えばチタン
層が全面に形成され、例えば650℃ 30秒程度の熱
処理を行ってチタン層とそれに接するシリコン基板表面
及びポリシリコン層表面とが反応し、例えばアンモニア
+過酸化水素溶液により未反応のチタン層が除去され、
ゲート電極304aa、304ab、304b、電源配
線304ae、N型拡散層306a、306ba、30
6bb、306c、306da、306dbの上に選択
的に厚さ100nm程度のシリサイド層307が形成さ
れる。次いで、図8(d)に示されるように、760℃
20秒程度の熱処理が行われ、シリサイド層307が
低抵抗化される。
[0008] Next, as shown in FIG.
Gate electrodes 304aa, 304a having
b, 304b, power supply wiring 304ae and high-resistance polysilicon.
Arsenic is used as an example using the oxide film 305 covering the capacitor region as a mask.
For example, 30keV 4E15cm -2Ion implanted under the conditions
And N-type diffusion layers 306a, 306ba, 306bb, 3
06c, 306da, and 306db are formed. Further
Next, as shown in FIG.
High melting point metal such as titanium having a film thickness of about 50 to 60 nm
A layer is formed on the entire surface and, for example, heat at 650 ° C.
Treated titanium layer and silicon substrate surface in contact with it
And react with the polysilicon layer surface, for example, ammonia
+ Hydrogen peroxide solution removes unreacted titanium layer,
Gate electrodes 304aa, 304ab, 304b, power supply
Line 304ae, N-type diffusion layers 306a, 306ba, 30
Select over 6bb, 306c, 306da, 306db
A silicide layer 307 having a thickness of about 100 nm is formed.
It is. Next, as shown in FIG.
 Heat treatment for about 20 seconds is performed, and the silicide layer 307 is
Lower resistance.

【0009】この後、図8(e)に示されるように、全
面に層間絶縁膜308が形成され、この層間膜308上
に接続孔309aa、309ab、309ac、309
ba、309bbが開孔され、金属電極310を形成し
て従来技術のSRAMメモリセルが完成する。
Thereafter, as shown in FIG. 8E, an interlayer insulating film 308 is formed on the entire surface, and connection holes 309aa, 309ab, 309ac, 309 are formed on the interlayer film 308.
Ba and 309bb are opened and a metal electrode 310 is formed to complete a prior art SRAM memory cell.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術は、
4つのMOSトランジスタTD1、TD2、TA1、T
A2と同一平面上に高抵抗負荷HR1、HR2を形成し
ているため、その分だけセル面積が増大し、高集積化に
不利となる。
The prior art described above is
Four MOS transistors TD1, TD2, TA1, T
Since the high resistance loads HR1 and HR2 are formed on the same plane as A2, the cell area increases by that amount, which is disadvantageous for high integration.

【0011】これを解決し高集積化を図るために、4つ
のMOSトランジスタTD1、TD2、TA1、TA2
の上に高抵抗負荷HR1、HR2を積層しようとする
と、以下のような不具合が生じることになる。
To solve this problem and achieve high integration, four MOS transistors TD1, TD2, TA1, TA2
When the high-resistance loads HR1 and HR2 are to be stacked on the above, the following problems occur.

【0012】すなわち図9に示すように、積層する場
合、ノード・コンタクトである接続孔309aa、30
9abにおいて、高抵抗負荷素子HR1、HR2となる
低濃度ポリシリコン領域313に接続する、高濃度ポリ
シリコン領域312を金属電極310の代わりに用いる
ことになる。
That is, as shown in FIG. 9, in the case of stacking, connection holes 309aa, 30a serving as node contacts are formed.
In 9ab, the high-concentration polysilicon region 312 connected to the low-concentration polysilicon region 313 to be the high-resistance load elements HR1 and HR2 is used instead of the metal electrode 310.

【0013】一般にシリサイド層は耐熱性が低く、高温
の熱処理を行うと凝集し、高抵抗となってしまう。従っ
てシリサイド層形成後の熱処理は、低温かつ短時間のも
のとする必要がある。このとき高濃度ポリシリコン領域
312の抵抗は、高濃度不純物を含むといえども著しく
上昇し、これによって接続されているゲート電極304
abとN型拡散層306c、あるいはゲート電極304
aa、とN型拡散層306bbとの間に高い抵抗が寄生
的に生じてしまい、動作速度に著しい遅延を生じてしま
う。本発明の目的は、このような不具合を解決し、集積
度が高く、かつ高速動作可能なSRAMセルの構造及び
製造方法を提供することにある。
In general, a silicide layer has low heat resistance, and when subjected to a high-temperature heat treatment, aggregates, resulting in high resistance. Therefore, the heat treatment after the formation of the silicide layer needs to be performed at a low temperature and for a short time. At this time, the resistance of the high-concentration polysilicon region 312 significantly increases even though it contains high-concentration impurities, and thereby the gate electrode 304
ab and N-type diffusion layer 306c or gate electrode 304
A high resistance is parasitically generated between aa and the N-type diffusion layer 306bb, causing a significant delay in the operation speed. An object of the present invention is to provide a structure and a manufacturing method of an SRAM cell which solves such a problem and has a high degree of integration and can operate at high speed.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体記憶装置は、スタティックラン
ダムアクセスメモリセルの構造を有する半導体記憶装置
であって、スタティックランダムアクセスメモリセル
は、半導体基板の表面部に選択的に形成されたソース・
ドレイン領域を有する第1の駆動用MOSトランジスタ
及び、第2の駆動用MOSトランジスタと、前記第1の
駆動用MOSトランジスタのドレイン領域に接続された
第1の転送用MOSトランジスタと、前記第2の駆動用
MOSトランジスタのドレイン領域に接続された第2の
転送用トランジスタと、第1及び第2の負荷素子とを含
むものであり、前記第1及び第2の駆動用MOSトラン
ジスタのソース及びドレイン領域、ゲート電極、前記第
1及び第2の転送用MOSトランジスタのソース及びド
レイン領域、ゲート電極の上面には、選択的に金属シリ
サイド層が形成されており、前記各トランジスタを覆う
前記層間絶縁膜には、第1及び第2の接続孔が開孔され
ており、前記第1の接続孔は、前記第1の駆動用MOS
トランジスタのドレイン領域及び前記第2の駆動用MO
Sトランジスタのゲート電極上に開孔されており、前記
第2の接続孔は、前記第2の駆動用MOSトランジスタ
のドレイン領域及び前記第1の駆動用MOSトランジス
タのゲート電極上に開孔されており、前記第1の駆動用
NチャネルMOSトランジスタのドレイン領域と前記第
2の駆動用MOSトランジスタのゲート電極とは、前記
第1の接続孔の内部に選択的に形成された金属シリサイ
ド層によって互いに接続され、その上には前記第1の負
荷素子の一部となる非単結晶シリコン系薄膜が形成され
ており、前記第2の駆動用MOSトランジスタのドレイ
ン領域及び前記第1の駆動用MOSトランジスタのゲー
ト電極とは、前記第2の接続孔の内部に選択的に形成さ
れた金属シリサイド層によって互いに接続され、その上
には前記第2の負荷素子の一部となる多結晶薄膜が形成
されているものである。
In order to achieve the above object, a semiconductor memory device according to the present invention is a semiconductor memory device having a structure of a static random access memory cell, wherein the static random access memory cell comprises a semiconductor substrate. Sources selectively formed on the surface of
A first driving MOS transistor having a drain region, a second driving MOS transistor, a first transfer MOS transistor connected to a drain region of the first driving MOS transistor, and a second driving MOS transistor. A second transfer transistor connected to a drain region of the driving MOS transistor; and a first and second load element, wherein the source and drain regions of the first and second driving MOS transistor are included. A metal silicide layer is selectively formed on the upper surface of the gate electrode, the source and drain regions of the first and second transfer MOS transistors, and the gate electrode. Has first and second connection holes formed therein, and the first connection hole is provided with the first driving MOS.
A drain region of the transistor and the second driving MO;
The second connection hole is formed on the gate electrode of the second driving MOS transistor and the second connection hole is formed on the gate electrode of the first driving MOS transistor. The drain region of the first driving N-channel MOS transistor and the gate electrode of the second driving MOS transistor are mutually connected by a metal silicide layer selectively formed inside the first connection hole. A non-single-crystal silicon-based thin film which is to be a part of the first load element is formed thereon, and a drain region of the second drive MOS transistor and the first drive MOS transistor Are connected to each other by a metal silicide layer selectively formed inside the second connection hole, and the second negative electrode is formed thereon. In which polycrystalline thin film serving as a part of the element is formed.

【0015】また、本発明に係る半導体記憶装置の製造
方法は、MOSトランジスタ形成工程と、絶縁膜サイド
ウォール形成工程と、第1の金属シリサイド層形成工程
と、接続孔形成工程と、第2の金属シリサイド層形成工
程と、負荷素子形成工程とを有する半導体記憶装置の製
造方法であって、MOSトランジスタ形成工程は、半導
体基板の表面部に、第1の駆動用MOSトランジスタ
と、第1の転送用MOSトランジスタと、第2の駆動用
MOSトランジスタと、第2の転送用MOSトランジス
タとを形成する処理であり、絶縁膜サイドウォール形成
工程は、前記各MOSトランジスタのゲート電極の側面
に絶縁膜サイドウォールを形成する処理であり、第1の
金属シリサイド層形成工程は、基板全面に第1の金属層
を形成した後、熱処理により前記ドレイン領域、ソース
領域、及びゲート電極の上面に選択的に第1の金属シリ
サイド層を形成する処理であり、接続孔形成工程は、前
記第1の金属層のうち未反応の層を除去した後、基板全
面に層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜を選択的にエ
ッチングして、前記第1のドレイン領域及び前記第3の
ゲート電極に達する第1の接続孔、前記第3のドレイン
領域及び前記第1のゲート電極に達する第2の接続孔
を、各接続孔の内部において各ゲート電極の側面に絶縁
膜のサイドウォールが残らないように形成する処理であ
り、第2の金属シリサイド層形成工程は、基板全面に第
2の金属層を形成した後、熱処理により各接続孔の底部
において前記ドレイン領域、ゲート電極の上面、及びゲ
ート電極の側面に選択的に第2の金属シリサイド層を形
成する処理であり、負荷素子形成工程は、前記第2の金
属層のうち未反応の層を除去した後、基板全面に多結晶
薄膜を形成し、前記多結晶薄膜を構成要素とする負荷素
子を形成する処理である。
Further, a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention includes a MOS transistor forming step, an insulating film side wall forming step, a first metal silicide layer forming step, a connection hole forming step, and a second step. A method of manufacturing a semiconductor memory device including a metal silicide layer forming step and a load element forming step, wherein the MOS transistor forming step includes: forming a first driving MOS transistor on a surface of a semiconductor substrate; Forming a second MOS transistor, a second driving MOS transistor, and a second transfer MOS transistor. The insulating film sidewall forming step includes forming an insulating film side wall on a side surface of a gate electrode of each MOS transistor. In the first metal silicide layer forming step, a first metal layer is formed over the entire surface of the substrate, and then a heat treatment is performed. Selectively forming a first metal silicide layer on the upper surface of the drain region, the source region, and the gate electrode, and the step of forming a contact hole removes an unreacted layer of the first metal layer. After that, an interlayer insulating film is formed on the entire surface of the substrate, and the interlayer insulating film is selectively etched to form a first connection hole reaching the first drain region and the third gate electrode; Forming a second connection hole reaching the drain region and the first gate electrode so that a sidewall of an insulating film does not remain on a side surface of each gate electrode inside each connection hole; In the silicide layer forming step, after forming a second metal layer on the entire surface of the substrate, a second metal layer is selectively formed on the drain region, the upper surface of the gate electrode, and the side surface of the gate electrode at the bottom of each connection hole by heat treatment. The load element forming step is a step of forming a side layer, and after removing an unreacted layer of the second metal layer, a polycrystalline thin film is formed on the entire surface of the substrate, and the polycrystalline thin film is used as a component. This is a process for forming a load element to be performed.

【0016】また、前記第2の金属層のうち未反応の層
を除去する工程と、負荷素子形成工程との間に、前記第
2の金属シリサイド層表面をアンモニアプラズマ中で処
理し、窒化させた膜を形成する工程を有する。
Further, between the step of removing an unreacted layer of the second metal layer and the step of forming a load element, the surface of the second metal silicide layer is treated in ammonia plasma to be nitrided. Forming a thin film.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】(実施形態1)図1(a),(b)は、本
発明の実施形態1に係る負荷素子に高抵抗負荷を用いた
SRAMメモリセルを示す平面図、図1(c)は、図1
(a)及び(b)のA−A’線断面図である。図7は、
SRAMメモリセルの等価回路図である。
Embodiment 1 FIGS. 1A and 1B are plan views showing an SRAM memory cell using a high resistance load as a load element according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. , FIG.
It is AA 'line sectional drawing of (a) and (b). FIG.
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the SRAM memory cell.

【0019】図において本発明の実施形態1に係るSR
AMメモリセルの構造は次のようになっている。すなわ
ち、P型シリコン基板101には、素子分離領域及び素
子形成領域にそれぞれ選択酸化等による400nm前後
の膜厚を有するフィールド102、及び熱酸化等による
10nm前後の膜厚を有するゲート酸化膜103が設け
られ、P型シリコン基板101は、1016〜1018cm
-3程度の不純物濃度を有しており、シリコン基板101
表面には、第1、第2の駆動用MOSトランジスタTD
1、TD2と、第1、第2の転送用MOSトランジスタ
TA1、TA2とが設けられている。
In the figure, the SR according to the first embodiment of the present invention is shown.
The structure of the AM memory cell is as follows. That is, on the P-type silicon substrate 101, a field 102 having a film thickness of about 400 nm by selective oxidation or the like in a device isolation region and a device formation region, and a gate oxide film 103 having a film thickness of about 10 nm by thermal oxidation or the like, respectively. Provided, the P-type silicon substrate 101 is 10 16 to 10 18 cm
-3 having an impurity concentration of about
On the surface, the first and second driving MOS transistors TD
1 and TD2, and first and second transfer MOS transistors TA1 and TA2.

【0020】ゲート酸化膜103を介して半導体基板1
01表面上には、酸化膜からなる幅100nm程度のサ
イドウォール105を有するゲート電極104aa、1
04ba、104ab、104bbが設けられている。
ゲート電極104aa等は、300nm程度の膜厚のN
型ポリシリコン膜からなる。P型シリコン基板101表
面の素子形成領域には、フィールド102、ゲート電極
104aa等、サイドウォール105に対し自己整合的
に、N型拡散層106aa、106ba、106ca、
106ab、106bb、106cdが形成されてい
る。これらのN型拡散層106aa等の不純物濃度は1
20〜1021cm-3程度である。
The semiconductor substrate 1 is interposed via the gate oxide film 103.
A gate electrode 104aa, 1 having a sidewall 105 of about 100 nm width made of an oxide film
04ba, 104ab, and 104bb are provided.
The gate electrode 104aa and the like are made of N having a thickness of about 300 nm.
Made of a polysilicon film. In the element formation region on the surface of the P-type silicon substrate 101, N-type diffusion layers 106aa, 106ba, 106ca,
106ab, 106bb, and 106cd are formed. The impurity concentration of these N-type diffusion layers 106aa and the like is 1
It is about 0 20 to 10 21 cm -3 .

【0021】第1の駆動用MOSトランジスタTD1
は、ゲート電極104aaと、ゲート酸化膜103と、
第1のソース領域であるN型拡散層106aaと、第1
のドレイン領域であるN型拡散層106baとから構成
されている。第1の転送用MOSトランジスタTA1
は、ゲート電極104baと、ゲート酸化膜103と、
第2のソース領域であるN型拡散層106caと、第2
のドレイン領域であり、第1のドレイン領域でもあるN
型拡散層106baとから構成されている。第2の駆動
用MOSトランジスタTD2は、ゲート電極104ab
と、第3のソース領域であるN型拡散層106abと、
第3のドレイン領域であるN型拡散層106bbとから
構成されている。第2の転送用MOSトランジスタTA
2は、ゲート電極104bbと、第4のソース領域であ
るN型拡散層106cbと、第4のドレイン領域であ
り、第3のドレイン領域でもあるN型拡散層106bb
とから構成されている。ワード線WLを兼ねるゲート電
極104ba、104bbは、メモリセルの外部におい
て接続されている。ゲート電極104aa等及びN型拡
散層106aa等の表面は、選択的に形成されたシリサ
イド層107によって覆われており、ゲート電極と、そ
れに隣接したN型拡散層とはサイドウォール105によ
って絶縁されている。
First driving MOS transistor TD1
Are the gate electrode 104aa, the gate oxide film 103,
An N-type diffusion layer 106aa as a first source region;
And an N-type diffusion layer 106ba as a drain region. First transfer MOS transistor TA1
Are a gate electrode 104ba, a gate oxide film 103,
An N-type diffusion layer 106ca serving as a second source region;
And the first drain region of N
And the diffusion layer 106ba. The second driving MOS transistor TD2 includes a gate electrode 104ab
And an N-type diffusion layer 106ab as a third source region;
And an N-type diffusion layer 106bb as a third drain region. Second transfer MOS transistor TA
Reference numeral 2 denotes a gate electrode 104bb, an N-type diffusion layer 106cb as a fourth source region, and an N-type diffusion layer 106bb as a fourth drain region and a third drain region.
It is composed of The gate electrodes 104ba, 104bb also serving as the word lines WL are connected outside the memory cells. The surfaces of the gate electrode 104aa and the like and the N-type diffusion layer 106aa and the like are covered with a selectively formed silicide layer 107, and the gate electrode and the N-type diffusion layer adjacent thereto are insulated by the sidewall 105. I have.

【0022】これら4つのNチャネルMOSトランジス
タは、平坦な表面を有し、少なくとも底面及び上面がア
ンドープ酸化膜からなる層間膜108により覆われてい
る。この層間膜は、例えば、膜厚100nm程度の酸化
膜を下層に有し、BPSG膜を中間層に有し膜厚100
nm程度の酸化膜を上層に有する積層膜からなる。層間
膜108の膜厚は、最も薄い部分で200nm、最も厚
い部分で600nm程度である。この層間膜108に
は、ゲート電極104ab及びN型拡散層106baに
達する第1のノード・コンタクトである接続孔109
a、及びゲート電極104aa及びN型拡散層106b
bに達する第2のノード・コンタクトである接続孔10
9bが設けられている。
Each of these four N-channel MOS transistors has a flat surface, and at least the bottom and top surfaces are covered with an interlayer film 108 made of an undoped oxide film. This interlayer film has, for example, an oxide film having a thickness of about 100 nm as a lower layer, a BPSG film as an intermediate layer, and a thickness of 100 nm.
It is composed of a laminated film having an oxide film of about nm in the upper layer. The thickness of the interlayer film 108 is about 200 nm at the thinnest part and about 600 nm at the thickest part. The interlayer film 108 has a connection hole 109 serving as a first node contact reaching the gate electrode 104ab and the N-type diffusion layer 106ba.
a, the gate electrode 104aa and the N-type diffusion layer 106b
connection hole 10 as the second node contact reaching
9b is provided.

【0023】接続孔109a、109bの底部には、接
続孔109a、109bの内部において、ゲート電極1
04ba,104aaの上面及び側面、N型拡散層10
6ba、106bbの上面に選択的に形成されたシリサ
イド層110が設けられている。
At the bottom of the connection holes 109a and 109b, the gate electrode 1 is formed inside the connection holes 109a and 109b.
04ba, 104aa Top and Side, N-Type Diffusion Layer 10
A silicide layer 110 selectively formed on the upper surfaces of 6ba and 106bb is provided.

【0024】シリサイド層110を含めて層間膜108
の表面上には、膜厚50〜100nm程度のポリシリコ
ン膜からなる第1、第2のポリシリコンパターンが設け
られている。第1のポリシリコンパターンは、高濃度ポ
リシリコン領域111aa、111ba、低濃度ポリシ
リコン領域111caからなり、第2のポリシリコンパ
ターンは、高濃度ポリシリコン領域111ab、111
bb、低濃度ポリシリコン領域111cdからなる。高
濃度ポリシリコン領域111aa、111ba、111
ab、111bbの不純物濃度は1019〜1020cm-3
程度、低濃度ポリシリコン領域111ca、111cd
の不純物濃度は1016〜1019cm-3程度である。高濃
度ポリシリコン領域111ba及び111bbはそれぞ
れ電源線の一部をなし、両者はメモリセルの外部で電源
Vccに接続されている。高濃度ポリシリコン領域11
1aaは接続孔109aにおいてシリサイド層110と
接続しており、高濃度ポリシリコン領域111abは接
続孔109bにおいてシリサイド層110と接続してい
る。低濃度ポリシリコン領域111caは高抵抗負荷H
R1の高抵抗部として機能し、低濃度ポリシリコン領域
111cbは高抵抗負荷HR2の高抵抗部として機能し
ている。
Interlayer film 108 including silicide layer 110
Are provided with first and second polysilicon patterns made of a polysilicon film having a thickness of about 50 to 100 nm. The first polysilicon pattern includes high-concentration polysilicon regions 111aa and 111ba and a low-concentration polysilicon region 111ca. The second polysilicon pattern includes high-concentration polysilicon regions 111ab and 111ab.
bb, low-concentration polysilicon region 111cd. High concentration polysilicon regions 111aa, 111ba, 111
The impurity concentrations of ab and 111bb are 10 19 to 10 20 cm -3.
Degree, low concentration polysilicon regions 111ca, 111cd
Has an impurity concentration of about 10 16 to 10 19 cm −3 . The high-concentration polysilicon regions 111ba and 111bb each form a part of a power supply line, and both are connected to a power supply Vcc outside the memory cell. High concentration polysilicon region 11
1aa is connected to the silicide layer 110 at the connection hole 109a, and the high-concentration polysilicon region 111ab is connected to the silicide layer 110 at the connection hole 109b. The low-concentration polysilicon region 111ca has a high resistance load H
The low-concentration polysilicon region 111cb functions as a high-resistance portion of the high-resistance load HR2.

【0025】高濃度ポリシリコン領域111aa、ゲー
ト電極104ab、N型拡散層106baは接続孔10
9aにおいてシリサイド層110によって互いに接続
し、ノードN1を構成している。また高濃度ポリシリコ
ン領域111ab、ゲート電極104aa、N型拡散層
106bbは接続孔109bにおいてシリサイド層11
0によって互いに接続し、ノードN2を構成している。
The high-concentration polysilicon region 111aa, the gate electrode 104ab, and the N-type diffusion layer 106ba
At 9a, they are connected to each other by a silicide layer 110 to form a node N1. The high-concentration polysilicon region 111ab, the gate electrode 104aa, and the N-type diffusion layer 106bb are
0 connects each other to form a node N2.

【0026】上記高濃度ポリシリコン領域111aa、
111ba、111ab、111bb、低濃度ポリシリ
コン領域111ca、111cdを含めて層間膜108
の表面は、平坦な表面を有し、少なくとも底面が酸化膜
からなる層間膜112により覆われている。この層間膜
112は、例えば膜厚100nm程度の酸化膜を下層に
有し、BPSG膜を上層に有する積層膜からなり、高濃
度ポリシリコン領域111aa等の上での層間膜112
の膜厚は200nm程度である。層間膜112にはそれ
ぞれN型拡散層106aa、106ab上に達する(第
1の接地コンタクトである)接続孔113a及び(第2
の接地コンタクトである)接続孔113bが設けられて
いる。N型拡散層106aa、106abは、これらの
接続孔113a,113bを介して、層間膜112の表
面に設けられた接地配線114に接続されている。この
接地配線111は、例えば200nm程度の膜厚のタン
グステン膜からなり、接地GNDに接続されている。
The high-concentration polysilicon region 111aa,
111 ba, 111 ab, 111 bb and the interlayer film 108 including the low-concentration polysilicon regions 111 ca, 111 cd
Has a flat surface, and at least the bottom surface is covered with an interlayer film 112 made of an oxide film. This interlayer film 112 is formed of a laminated film having, for example, an oxide film having a thickness of about 100 nm as a lower layer and a BPSG film as an upper layer, and is formed on the high-concentration polysilicon region 111aa and the like.
Has a thickness of about 200 nm. In the interlayer film 112, connection holes 113a (which are first ground contacts) reaching the N-type diffusion layers 106aa and 106ab, respectively, and (second
Connection hole 113b). The N-type diffusion layers 106aa and 106ab are connected to the ground wiring 114 provided on the surface of the interlayer film 112 through these connection holes 113a and 113b. The ground wiring 111 is made of, for example, a tungsten film having a thickness of about 200 nm, and is connected to the ground GND.

【0027】接地配線114を含めて層間膜112の表
面上は、平坦な表面を有する層間膜115によって覆わ
れている。この層間膜115は、例えばプラズマ酸化膜
等からなる。接地線114上での層間膜の膜厚は200
nm程度である。上記層間膜115、112、108を
貫通し、N型拡散層106ca上に達する第1のビット
コンタクトである接続孔116aが開孔しており、層間
膜115、112、108を貫通し、N型拡散層106
cb上に達する第2のビットコンタクトである接続孔1
16bが開孔している。接続孔117a、117bの内
部は例えばタングステン等からなる金属プラグ117
a、117bによって満たされている。層間膜115上
に設けられた一対のビット線となる金属配線118a
(BL1)及び金属配線118b(BL2)は、接続孔
116a及び116bを介して、それぞれN型拡散層1
06ca、106cdに接続されている。
The surface of the interlayer film 112 including the ground wiring 114 is covered with an interlayer film 115 having a flat surface. This interlayer film 115 is made of, for example, a plasma oxide film or the like. The thickness of the interlayer film on the ground line 114 is 200
nm. A connection hole 116a serving as a first bit contact penetrating the interlayer films 115, 112, and 108 and reaching the N-type diffusion layer 106ca is opened. Diffusion layer 106
connection hole 1 which is the second bit contact reaching cb
16b is open. The inside of the connection holes 117a and 117b is a metal plug 117 made of, for example, tungsten or the like.
a, 117b. Metal wiring 118a serving as a pair of bit lines provided on interlayer film 115
(BL1) and the metal wiring 118b (BL2) are respectively connected to the N-type diffusion layer 1 through the connection holes 116a and 116b.
06ca and 106cd.

【0028】次に図2を参照して、本発明の実施形態1
に係るSRAMメモリセルの製造方法を説明する。
Next, referring to FIG. 2, a first embodiment of the present invention will be described.
The method for manufacturing the SRAM memory cell according to

【0029】まず図2(a)に示すように、P型シリコ
ン基板101表面の素子分離領域には、選択酸化法等に
より膜厚400nm前後のフィールド102を形成し、
素子形成領域には熱酸化等により10nm前後の膜厚を
有するゲート酸化膜103を形成する。次に例えばLP
CVD法とイオン注入法により膜厚300nm程度のN
型ポリシリコン膜を全面に形成し、異方性ドライエッチ
ングによりパターニングし、ゲート電極104aa、1
04ba、104ab、104bbを形成する。
First, as shown in FIG. 2A, a field 102 having a thickness of about 400 nm is formed in a device isolation region on the surface of a P-type silicon substrate 101 by a selective oxidation method or the like.
A gate oxide film 103 having a thickness of about 10 nm is formed in the element formation region by thermal oxidation or the like. Next, for example, LP
N with a thickness of about 300 nm by CVD and ion implantation.
Type polysilicon film is formed on the entire surface and patterned by anisotropic dry etching to form gate electrodes 104aa, 1
04ba, 104ab and 104bb are formed.

【0030】LDD(Lighrly Doped D
rain)構造形成のため、フィールド102とゲート
電極101aa等をマスクにしたリンあるいはヒ素のイ
オン注入を2E13cm-2程度のドーズで行った後、全
面に100nm程度の酸化膜を例えばLPCVD法によ
り成長させ、異方性ドライエッチングによりエッチング
することにより、ゲート電極101aa等の側面にサイ
ドウォール105を形成する。このときN型拡散層10
6aa等とゲート電極104aa等の上面はシリコンが
露出した状態となる。続いてフィールド102とゲート
電極104aa、104ba、104ab、104bb
と、サイドウォール105をマスクにしたヒ素のイオン
注入を5E15cm-2程度のドースで行うことにより、
P型シリコン基板101の表面には1020〜1021cm
3 程度の濃度を有するN型拡散層106aa、106b
a、106ca、106ab、106bb、106cd
を形成する。次いで全面にチタン等の金属層を全面にス
パッタリング法等により堆積し、700℃以下の急速熱
処理により、シリコンと接触する金属層をシリサイド化
しシリサイド層107を形成する。アンモニア+過酸化
水素溶液等により未反応金属層をエッチングした後、前
述の急速熱処理よりも高い温度(800℃以上)の急速
熱処理を行い、シリサイド層107の抵抗を低下させ
る。
LDD (Lightly Doped D)
In order to form a (rain) structure, phosphorus or arsenic ions are implanted at a dose of about 2E13 cm −2 using the field 102 and the gate electrode 101aa as a mask, and an oxide film of about 100 nm is grown on the entire surface by, eg, LPCVD. Then, a sidewall 105 is formed on the side surface of the gate electrode 101aa and the like by performing anisotropic dry etching. At this time, the N-type diffusion layer 10
The upper surfaces of 6aa and the like and the gate electrode 104aa and the like are in a state where silicon is exposed. Subsequently, the field 102 and the gate electrodes 104aa, 104ba, 104ab, 104bb
And arsenic ion implantation using the sidewalls 105 as a mask with a dose of about 5E15 cm −2 ,
10 20 to 10 21 cm on the surface of the P-type silicon substrate 101
N-type diffusion layers 106aa and 106b having a concentration of about 3
a, 106ca, 106ab, 106bb, 106cd
To form Next, a metal layer such as titanium is deposited on the entire surface by a sputtering method or the like, and the metal layer in contact with silicon is silicidized by a rapid heat treatment at 700 ° C. or lower to form a silicide layer 107. After etching the unreacted metal layer with ammonia + hydrogen peroxide solution or the like, a rapid heat treatment at a higher temperature (800 ° C. or more) than the above-described rapid heat treatment is performed to reduce the resistance of the silicide layer 107.

【0031】次に、例えばLPCVD法及び化学的機械
研磨法(CMP)等により、平坦な表面を有し、少なく
とも底面と上面が酸化膜からなる層間膜108を全面に
形成する。この層間膜108は例えば次のように形成す
る。常圧CVD法等により膜厚100nm程度の酸化膜
を全面に形成し、続いて常圧CVD法等により膜厚60
0nm程度のBPSG膜を形成する。例えば800℃程
度での熱処理を行った後、CMP等により表面を平坦化
する。さらに常圧CVD法等により膜厚100nm程度
の酸化膜を全面に形成する。
Next, an interlayer film 108 having a flat surface and at least a bottom surface and an upper surface made of an oxide film is formed on the entire surface by, for example, LPCVD or chemical mechanical polishing (CMP). This interlayer film 108 is formed, for example, as follows. An oxide film having a thickness of about 100 nm is formed on the entire surface by a normal pressure CVD method or the like.
A BPSG film of about 0 nm is formed. For example, after performing heat treatment at about 800 ° C., the surface is flattened by CMP or the like. Further, an oxide film having a thickness of about 100 nm is formed on the entire surface by a normal pressure CVD method or the like.

【0032】次に図2(b)に示すように、層間膜10
8には、異方性ドライエッチングにより、N型拡散層1
06ba及びゲート電極104abに達する接続孔10
9a、N型拡散層106bb及びゲート電極104aa
に達する接続孔109bを形成する。ここで接続孔10
9a等の内部においてゲート電極104ab等の側面に
サイドウォールが残らないようにオーバーエッチングを
行う。実施形態1ではN型拡散層上、ゲート電極上のシ
リサイド層107がエッチングにより除去されているよ
うに図示しているが、酸化膜/シリサイドのエッチング
選択比が高いエッチングにより、シリサイド層107で
エッチングがストップするようにしてもよい。続いて、
図2(c)に示すように、全面にチタン等の金属層を全
面にスパッタリング法等により堆積し、700℃以下の
急速熱処理により、シリコンと接触する金属層をシリサ
イド化し、接続孔109a内部においてN型拡散層10
6baの上面、ゲート電極104abの上面及び側面に
シリサイド層110を形成する。アンモニア+過酸化水
素溶液等により未反応金属層をエッチングした後、前述
の急速熱処理よりも高い温度(800℃以上)の急速熱
処理を行い、シリサイド層110の抵抗を低下させる。
次に図2(d)に示すように、シリサイド層110を含
めて層間膜108の表面には、全面に50〜100nm
程度の膜厚を有するポリシリコン層あるいはSIPOS
(Semi−Insulating PolySili
con)をLPCVD法等によって形成する。このと
き、ポリシリコン層あるいはSIPOSの生長時に成長
ガスが分解してできる活性なシリコンとシリサイド層が
反応するのを防ぐため、アンモニアプラズマ中で処理を
行い、シリサイド層110の表面に窒化物を形成しても
よい。抵抗値を高めるためN型不純物をイオン注入法等
により1E13cm-2程度のドースで導入し、さらに異
方性ドライエッチングによりパターニングすることで、
低濃度ポリシリコン領域111を形成する。
Next, as shown in FIG.
8, an N-type diffusion layer 1 is formed by anisotropic dry etching.
06ba and the connection hole 10 reaching the gate electrode 104ab
9a, N-type diffusion layer 106bb and gate electrode 104aa
Is formed. Here, the connection hole 10
Overetching is performed so that no sidewall remains on the side surface of the gate electrode 104ab or the like inside 9a or the like. In the first embodiment, the silicide layer 107 on the N-type diffusion layer and the gate electrode is illustrated as being removed by etching. However, the silicide layer 107 is etched by etching with a high oxide / silicide etching selectivity. May be stopped. continue,
As shown in FIG. 2C, a metal layer such as titanium is deposited on the entire surface by sputtering or the like, and the metal layer in contact with silicon is silicidized by a rapid heat treatment at 700 ° C. or less. N-type diffusion layer 10
A silicide layer 110 is formed on the upper surface of 6ba and the upper and side surfaces of the gate electrode 104ab. After etching the unreacted metal layer with an ammonia + hydrogen peroxide solution or the like, a rapid heat treatment at a temperature higher than the rapid heat treatment (800 ° C. or higher) is performed to lower the resistance of the silicide layer 110.
Next, as shown in FIG. 2D, the entire surface of the interlayer film 108 including the silicide layer 110 is 50 to 100 nm thick.
Polysilicon layer or SIPOS
(Semi-Insulating PolySili
con) is formed by an LPCVD method or the like. At this time, in order to prevent the silicon and silicide layer from reacting with active silicon formed by decomposition of the growth gas during growth of the polysilicon layer or SIPOS, a treatment is performed in ammonia plasma to form nitride on the surface of the silicide layer 110. May be. An N-type impurity is introduced at a dose of about 1E13 cm −2 by ion implantation or the like to increase the resistance value, and is further patterned by anisotropic dry etching.
A low concentration polysilicon region 111 is formed.

【0033】そして、図2(e)に示すように、フォト
レジスト119をマスクとして、リンまたはヒ素イオン
を1E15cm-2程度のドースで注入し、高濃度ポリシ
リコン領域111aa、111ba、111ab、11
1bbを形成すると共に、フォトレジスト119で覆わ
れた領域に低濃度ポリシリコン領域111ca、111
cbを残置する。
Then, as shown in FIG. 2E, phosphorus or arsenic ions are implanted at a dose of about 1E15 cm −2 using the photoresist 119 as a mask to form high-concentration polysilicon regions 111aa, 111ba, 111ab, and 11ab.
1bb, and low-concentration polysilicon regions 111ca and 111
cb is left.

【0034】続いて、例えば常圧CVD法及びCMP等
により、平坦な表面を有し、少なくとも底面が酸化膜か
らなる層間膜112を全面に形成する。この層間膜11
2は例えば次のように形成する。常圧CVD法等により
膜厚100nm程度の酸化膜を全面に形成し、続いて常
圧CVD法等により膜厚600nm程度のBPSG膜を
形成する。例えば800℃程度での熱処理を行った後、
CMP等により表面を平坦化する。
Subsequently, an interlayer film 112 having a flat surface and at least a bottom surface made of an oxide film is formed on the entire surface by, for example, normal pressure CVD or CMP. This interlayer film 11
2 is formed, for example, as follows. An oxide film having a thickness of about 100 nm is formed on the entire surface by a normal pressure CVD method or the like, and then a BPSG film having a thickness of about 600 nm is formed by a normal pressure CVD method or the like. For example, after performing a heat treatment at about 800 ° C.,
The surface is flattened by CMP or the like.

【0035】続いて異方性ドライエッチングによりN型
拡散層106aa、106abに達する接続孔113
a、113bを形成する。この後は公知の配線プロセス
を用い、接地配線114、層間膜115、接続孔116
a、116b、金属プラグ117a、117b、金属配
線118a、118bを形成し、本実施形態1のSRA
Mメモリセルを完成させる。
Subsequently, connection holes 113 reaching the N-type diffusion layers 106aa and 106ab by anisotropic dry etching.
a and 113b are formed. Thereafter, using a known wiring process, ground wiring 114, interlayer film 115, connection hole 116
a, 116b, metal plugs 117a, 117b, and metal wirings 118a, 118b are formed.
Complete M memory cells.

【0036】このような構造、製造方法によれば、熱処
理を低温、短時間としたプロセスにおいてもノード・コ
ンタクト部における寄生抵抗の小さい抵抗負荷型SRA
Mメモリセルを実現することができる。
According to such a structure and a manufacturing method, even in a process in which the heat treatment is performed at a low temperature and in a short time, the resistance load type SRA having a small parasitic resistance at the node / contact portion.
M memory cells can be realized.

【0037】(実施形態2)図3(a),(b)は、本
発明の実施形態2に係るポリシリコンを基体とする薄膜
トランジスタ(TFT)を負荷として有するSRAMメ
モリセルを示す平面図、図3(c)は、図3(a)及び
(b)のA−A’線断面図、図4は、SRAMメモリセ
ルの等価回路図である。
(Embodiment 2) FIGS. 3 (a) and 3 (b) are plan views and views showing an SRAM memory cell having a polysilicon-based thin film transistor (TFT) as a load according to Embodiment 2 of the present invention. 3 (c) is a sectional view taken along line AA 'of FIGS. 3 (a) and 3 (b), and FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the SRAM memory cell.

【0038】図において、本発明の実施形態2に係るS
RAMメモリセルの構造は次のようになっている。すな
わち、P型シリコン基板201は、1016〜1018cm
-3程度の不純物濃度を有し、素子分離領域及び素子形成
領域にそれぞれ選択酸化等による400nm前後の膜厚
を有するフィールド202、及び熱酸化等による10n
m前後の膜厚を有するゲート酸化膜203が設けられ、
P型シリコン基板201表面には、第1、第2の駆動用
MOSトランジスタTD1、TD2と、第1、第2の転
送用MOSトランジスタTA1、TA2とが設けられて
いる。ゲート酸化膜203を介して半導体基板201表
面上には、酸化膜からなる幅100nm程度のサイドウ
ォール205を有するゲート電極204aa、204b
a、204ab、204bbが設けられている。ゲート
電極204aa等は、300nm程度の膜厚のN型ポリ
シリコン膜からなる。P型シリコン基板201表面の素
子形成領域には、フィールド202、ゲート電極204
aa等、サイドウォール205に対し自己整合的に、N
型拡散層206aa、206ba、206ca、206
ab、206bb、206cbが形成されている。これ
らのN型拡散層206aa等の不純物濃度は1020〜1
21cm-3程度である。ゲート電極204aaと、ゲー
ト酸化膜203と、第1のソース領域であるN型拡散層
206aaと、第1のドレイン領域であるN型拡散層2
06baとから、第1の駆動用MOSトランジスタTD
1が構成されている。ゲート電極204baと、ゲート
酸化膜203と、第2のソース領域であるN型拡散層2
06caと、第2のドレイン領域で、かつ第1のドレイ
ン領域でもあるN型拡散層206baとから、第1の転
送用MOSトランジスタTA1が構成されている。ゲー
ト電極204abと、第3のソース領域であるN型拡散
層206abと、第3のドレイン領域であるN型拡散層
206bbとから、第2の駆動用MOSトランジスタT
D2が構成されている。ゲート電極204bbと、第4
のソース領域であるN型拡散層206cbと、第4のド
レイン領域で、かつ第3のドレイン領域でもあるN型拡
散層206bbとから、第2の転送用MOSトランジス
タTA2が構成されている。ワード線WLを兼ねるゲー
ト電極204ba、204bbは、メモリセルの外部に
おいて接続されている。ゲート電極204aa等及びN
型拡散層206aa等の表面は、選択的に形成されたシ
リサイド層207によって覆われており、ゲート電極
と、それに隣接したN型拡散層とはサイドウォール20
5によって絶縁されている。
In the figure, S according to the second embodiment of the present invention
The structure of the RAM memory cell is as follows. That is, the P-type silicon substrate 201 has a size of 10 16 to 10 18 cm.
A field 202 having an impurity concentration of about -3 , and a film thickness of about 400 nm in each of an element isolation region and an element formation region by selective oxidation or the like; and 10 n by thermal oxidation or the like.
a gate oxide film 203 having a thickness of about m
On the surface of the P-type silicon substrate 201, first and second driving MOS transistors TD1 and TD2 and first and second transfer MOS transistors TA1 and TA2 are provided. Gate electrodes 204aa and 204b each having a sidewall 205 of about 100 nm in width made of an oxide film on the surface of the semiconductor substrate 201 via the gate oxide film 203.
a, 204ab, and 204bb are provided. The gate electrode 204aa and the like are made of an N-type polysilicon film having a thickness of about 300 nm. A field 202 and a gate electrode 204 are formed in an element formation region on the surface of the P-type silicon substrate 201.
aa and the like,
Type diffusion layers 206aa, 206ba, 206ca, 206
ab, 206bb and 206cb are formed. The impurity concentration of these N-type diffusion layers 206aa and the like is 10 20 to 1
It is about 0 21 cm -3 . A gate electrode 204aa, a gate oxide film 203, an N-type diffusion layer 206aa as a first source region, and an N-type diffusion layer 2 as a first drain region.
06ba, the first driving MOS transistor TD
1 is configured. A gate electrode 204ba, a gate oxide film 203, and an N-type diffusion layer 2 serving as a second source region.
06ca and the N-type diffusion layer 206ba serving as the second drain region and the first drain region constitute a first transfer MOS transistor TA1. The second driving MOS transistor T includes a gate electrode 204ab, an N-type diffusion layer 206ab as a third source region, and an N-type diffusion layer 206bb as a third drain region.
D2 is configured. The gate electrode 204bb and the fourth
The second transfer MOS transistor TA2 is composed of the N-type diffusion layer 206cb, which is the source region, and the N-type diffusion layer 206bb, which is the fourth drain region and the third drain region. The gate electrodes 204ba, 204bb which also serve as the word lines WL are connected outside the memory cells. Gate electrode 204aa etc. and N
The surface of the type diffusion layer 206aa and the like is covered with a selectively formed silicide layer 207, and the gate electrode and the N-type diffusion layer adjacent thereto are
5 insulated.

【0039】これら4つのNチャネルMOSトランジス
タは、平坦な表面を有し、少なくとも底面及び上面がア
ンドープ酸化膜からなる層間膜208により覆われてい
る。この層間膜は、例えば、膜厚100nm程度の酸化
膜を下層に有し、BPSG膜を中間層に有し膜厚100
nm程度の酸化膜を上層に有する積層膜からなる。層間
膜208の膜厚は、最も薄い部分で200nm、最も厚
い部分で600nm程度である。この層間膜208に
は、ゲート電極204ab及びN型拡散層206baに
達する第1のノード・コンタクトである接続孔209
a、及びゲート電極204aa及びN型拡散層206b
bに達する第2のノード・コンタクトである接続孔20
9bが設けられている。この接続孔209a、209b
の底部には、接続孔209a、209bの内部におい
て、ゲート電極204ba,204aaの上面及び側
面、N型拡散層206ba、206bbの上面に選択的
に形成されたシリサイド層210が設けられている。シ
リサイド層210を含めて層間膜208の表面上には、
膜厚50〜100nm程度のポリシリコン膜からなるT
FTのゲート電極211a、211bが設けられてい
る。TFTのゲート電極211aは接続孔209bによ
りシリサイド層210と接続しており、TFTのゲート
電極211bは接続孔209aによりシリサイド層21
0と接続している。TFTのゲート電極211a、21
1bを含む層間膜208の表面には5〜20nm程度の
TFTのゲート酸化膜212が形成されており、このT
FTのゲート酸化膜212には、概ね接続孔209aの
直上に接続孔213aが開孔されており、概ね接続孔2
09bの直上に接続孔213bが開孔されている。接続
孔213a、213bを含めてTFTのゲート酸化膜2
12の表面上には、膜厚10〜100nm程度のポリシ
リコン膜からなる第1、第2のポリシリコンパターンが
設けられている。第1のポリシリコンパターンは、第1
のP型のドレイン領域である高濃度P型ポリシリコン領
域214aa、第1のP型のソース領域である高濃度P
型ポリシリコン領域214ba、第1のチャネル領域で
ある低濃度ポリシリコン領域214caからなり、第2
のポリシリコンパターンは、第2のP型のドレイン領域
である高濃度P型ポリシリコン領域214ab、第2の
P型のソース領域である高濃度P型ポリシリコン領域2
14bb、第2のチャネル領域である低濃度ポリシリコ
ン領域214cbからなる。高濃度ポリシリコン領域2
14aa、214ba、214ab、214bbの不純
物濃度は1010〜1020cm-3程度、低濃度ポリシリコ
ン領域214ca、214cdの不純物濃度は1016
1018cm-3程度である。なおTFTのリーク電流を低
減するため、高濃度P型ポリシリコン領域214aa、
214abと、低濃度ポリシリコン領域214ca、2
14cbとの間に、低濃度P型ポリシリコン領域を設け
てもよい。高濃度P型ポリシリコン領域214ba及び
214bbはそれぞれ電源線の一部をなし、両者はメモ
リセルの外部で電源Vccに接続されている。高濃度P
型ポリシリコン領域214aaは接続孔213aにおい
てTFTのゲート電極211bと接続しており、高濃度
P型ポリシリコン領域214abは接続孔209bにお
いてTFTのゲート電極211aと接続している。TF
Tのゲート電極211a、TFTのゲート酸化膜21
2、高濃度P型ポリシリコン領域214aa、214b
a、低濃度ポリシリコン領域214caは負荷用TFT
TL1を構成し、TFTのゲート電極211b、TF
Tのゲート酸化膜212、高濃度P型ポリシリコン領域
214ab、214bb、低濃度ポリシリコン領域21
4cbは負荷用TFT TL2を構成している。高濃度
P型ポリシリコン領域214aaとTFTのゲート電極
211bは接続孔213aを介して接続し、TFTのゲ
ート電極211b、ゲート電極204ab、N型拡散層
206baは接続孔209aにおいてシリサイド層21
0によって互いに接続して、ノードN1を構成してい
る。また高濃度P型ポリシリコン領域214abとTF
Tのゲート電極211aは接続孔213bを介して接続
し、TFTのゲート電極211a、ゲート電極204a
a、N型拡散層206bbは接続孔209bにおいてシ
リサイド層210によって互いに接続して、ノードN2
を構成している。上記高濃度ポリシリコン領域214a
a、214ba、214ab、214bb、低濃度ポリ
シリコン領域214ca、214cbを含めてTFTの
ゲート酸化膜212の表面は、平坦な表面を有し、少な
くとも底面が酸化膜からなる層間膜215により覆われ
ている。この層間膜215は、例えば膜厚100nm程
度の酸化膜を下層に有し、BPSG膜を上層に有する積
層膜からなり、高濃度ポリシリコン領域214aa等の
上での層間膜215の膜厚は200nm程度である。層
間膜215にはそれぞれN型拡散層206aa、206
ab上に達する第1の接地コンタクトである接続孔21
6a及び第2の接地コンタクトである接続孔216bが
設けられている。N型拡散層206aa、206abは
これらの接続孔216a、216bを介して、層間膜2
15の表面に設けられた接地配線217に接続されてい
る。この接地配線217は、例えば200nm程度の膜
厚のタングステン膜からなり、接地GNDに接続されて
いる。
Each of these four N-channel MOS transistors has a flat surface, and at least the bottom and top surfaces are covered with an interlayer film 208 made of an undoped oxide film. This interlayer film has, for example, an oxide film having a thickness of about 100 nm as a lower layer, a BPSG film as an intermediate layer, and a thickness of 100 nm.
It is composed of a laminated film having an oxide film of about nm in the upper layer. The thickness of the interlayer film 208 is about 200 nm at the thinnest part and about 600 nm at the thickest part. The interlayer film 208 has a connection hole 209 serving as a first node contact reaching the gate electrode 204ab and the N-type diffusion layer 206ba.
a, the gate electrode 204aa and the N-type diffusion layer 206b
connection hole 20 which is the second node contact reaching
9b is provided. These connection holes 209a, 209b
A silicide layer 210 selectively formed on the upper surfaces and side surfaces of the gate electrodes 204ba, 204aa and the upper surfaces of the N-type diffusion layers 206ba, 206bb is provided inside the connection holes 209a, 209b. On the surface of the interlayer film 208 including the silicide layer 210,
T made of a polysilicon film having a thickness of about 50 to 100 nm
FT gate electrodes 211a and 211b are provided. The gate electrode 211a of the TFT is connected to the silicide layer 210 through the connection hole 209b, and the gate electrode 211b of the TFT is connected to the silicide layer 21 through the connection hole 209a.
0 is connected. TFT gate electrodes 211a, 21
A gate oxide film 212 of a TFT having a thickness of about 5 to 20 nm is formed on the surface of the interlayer film 208 including 1b.
In the gate oxide film 212 of the FT, a connection hole 213a is opened almost immediately above the connection hole 209a.
A connection hole 213b is formed immediately above 09b. The gate oxide film 2 of the TFT including the connection holes 213a and 213b
The first and second polysilicon patterns made of a polysilicon film having a thickness of about 10 to 100 nm are provided on the surface of the substrate 12. The first polysilicon pattern is a first polysilicon pattern.
, A high-concentration P-type polysilicon region 214aa as a P-type drain region, and a high-concentration P-type
And a low-concentration polysilicon region 214ca that is a first channel region.
Is a high-concentration P-type polysilicon region 214ab that is a second P-type drain region and a high-concentration P-type polysilicon region 2 that is a second P-type source region.
14bb and a low-concentration polysilicon region 214cb as a second channel region. High concentration polysilicon region 2
14aa, 214ba, 214ab and 214bb have an impurity concentration of about 10 10 to 10 20 cm −3 , and the low-concentration polysilicon regions 214ca and 214cd have an impurity concentration of 10 16 to
It is about 10 18 cm -3 . In order to reduce the leakage current of the TFT, a high-concentration P-type polysilicon region 214aa,
214ab and the low-concentration polysilicon region 214ca,
14cb, a low-concentration P-type polysilicon region may be provided. The high-concentration P-type polysilicon regions 214ba and 214bb each form part of a power supply line, and both are connected to a power supply Vcc outside the memory cell. High concentration P
The polysilicon region 214aa is connected to the gate electrode 211b of the TFT at the connection hole 213a, and the high-concentration P-type polysilicon region 214ab is connected to the gate electrode 211a of the TFT at the connection hole 209b. TF
T gate electrode 211a, TFT gate oxide film 21
2. High concentration P-type polysilicon regions 214aa, 214b
a, low-concentration polysilicon region 214ca is a load TFT
TL1 is formed, and the TFT gate electrode 211b, TF
T gate oxide film 212, high-concentration P-type polysilicon regions 214ab and 214bb, low-concentration polysilicon region 21
4cb constitutes the load TFT TL2. The high-concentration P-type polysilicon region 214aa and the gate electrode 211b of the TFT are connected via a connection hole 213a, and the gate electrode 211b, the gate electrode 204ab, and the N-type diffusion layer 206ba of the TFT are connected to the silicide layer 21 at the connection hole 209a.
0 connects each other to form a node N1. Also, a high-concentration P-type polysilicon region 214ab and TF
The T gate electrode 211a is connected through the connection hole 213b, and the TFT gate electrode 211a and the gate electrode 204a are connected to each other.
a, the N-type diffusion layer 206bb is connected to each other by the silicide layer 210 in the connection hole 209b, and the node N2
Is composed. The high-concentration polysilicon region 214a
The surface of the gate oxide film 212 of the TFT including the a, 214ba, 214ab, 214bb and the low-concentration polysilicon regions 214ca, 214cb has a flat surface, and at least the bottom surface is covered with an interlayer film 215 made of an oxide film. I have. This interlayer film 215 is formed of a laminated film having, for example, an oxide film having a thickness of about 100 nm as a lower layer and a BPSG film as an upper layer, and has a thickness of 200 nm on the high-concentration polysilicon region 214aa and the like. It is about. N-type diffusion layers 206aa and 206aa are provided in the interlayer film 215, respectively.
connection hole 21 which is the first ground contact reaching ab
6a and a connection hole 216b as a second ground contact are provided. The N-type diffusion layers 206aa and 206ab form the interlayer film 2 through these connection holes 216a and 216b.
15 is connected to the ground wiring 217 provided on the surface of the F.15. The ground wiring 217 is made of, for example, a tungsten film having a thickness of about 200 nm, and is connected to the ground GND.

【0040】接地配線217を含めて層間膜215の表
面上は、平坦な表面を有する層間膜218によって覆わ
れている。この層間膜218は、例えばプラズマ酸化膜
等からなる。接地線217上での層間膜の膜厚は200
nm程度である。
The surface of the interlayer film 215 including the ground wiring 217 is covered with an interlayer film 218 having a flat surface. This interlayer film 218 is made of, for example, a plasma oxide film or the like. The thickness of the interlayer film on the ground line 217 is 200
nm.

【0041】上記層間膜218、215、TFTのゲー
ト酸化膜212、層間膜208を貫通し、N型拡散層2
06ca上に達する第1のビットコンタクトである接続
孔219aが開孔しており、層間膜218、215、T
FTのゲート酸化膜212、層間膜208を貫通し、N
型拡散層206cb上に達する第2のビットコンタクト
である接続孔219bが開孔している。接続孔219
a、219bの内部は例えばタングステン等からなる金
属プラグ220a、220bによって満たされている。
層間膜218上に設けられた一対のビット線となる金属
配線221a(BL1)及び金属配線221b(BL
2)は、接続孔219a及び219bを介して、それぞ
れN型拡散層206ca、206cbに接続されてい
る。図5を参照して本発明の実施形態2に係るSRAM
メモリセルの製造方法を説明する。
The N type diffusion layer 2 penetrates through the interlayer films 218 and 215, the gate oxide film 212 of the TFT, and the interlayer film 208.
A connection hole 219a, which is a first bit contact reaching 06ca, is opened, and interlayer films 218, 215, T
Penetrating through the gate oxide film 212 and the interlayer film 208 of FT;
A connection hole 219b, which is a second bit contact reaching the mold diffusion layer 206cb, is opened. Connection hole 219
a and 219b are filled with metal plugs 220a and 220b made of, for example, tungsten or the like.
A metal wiring 221a (BL1) and a metal wiring 221b (BL) serving as a pair of bit lines provided on the interlayer film 218 are formed.
2) is connected to the N-type diffusion layers 206ca and 206cb via connection holes 219a and 219b, respectively. SRAM according to Embodiment 2 of the present invention with reference to FIG.
A method for manufacturing a memory cell will be described.

【0042】まず図5(a)に示すように、P型シリコ
ン基板201表面の素子分離領域には、選択酸化等によ
り膜厚400nm前後のフィールド202を形成し、素
子形成領域には熱酸化等により10nm前後の膜厚を有
するゲート酸化膜203を形成する。次に例えばLPC
VD法とイオン注入法により膜厚300nm程度のN型
ポリシリコン膜を全面に形成し、異方性ドライエッチン
グによりパターニングされ、ゲート電極204aa、2
04ba、204ab、204bbを形成する。
First, as shown in FIG. 5A, a field 202 having a thickness of about 400 nm is formed in the element isolation region on the surface of the P-type silicon substrate 201 by selective oxidation or the like, and a thermal oxidation or the like is formed in the element formation region. As a result, a gate oxide film 203 having a thickness of about 10 nm is formed. Next, for example, LPC
An N-type polysilicon film having a thickness of about 300 nm is formed on the entire surface by a VD method and an ion implantation method, and is patterned by anisotropic dry etching.
04ba, 204ab and 204bb are formed.

【0043】LDD(Lightly Doped D
rain)構造形成のため、フィールド202とゲート
電極204aa等をマスクにしたリンあるいはヒ素のイ
オン注入を2E13cm-2程度のドースで行った後、全
面に100nm程度の酸化膜を例えばLPCVD法によ
り成長し、異方性ドライエッチングによりエッチングす
ることにより、ゲート電極204aa等の側面にサイド
ウォール205を形成する。このときN型拡散層206
aa等とゲート電極204aa等の上面はシリコンが露
出した状態となる。続いてフィールド202とゲート電
極204aa、204ba、204ab、204bbと
サイドウォール205をマスクにしたヒ素のイオン注入
を5E15cm-2程度のドースで行うことにより、P型
シリコン基板201の表面には1020〜1021cm-3
度の濃度を有するN型拡散層206aa、206ba、
206ca、206ab、206bb、206cbを形
成する。次いで全面にチタン等の金属層を全面にスパッ
タリング法等により堆積し、700℃いかの急速熱処理
により、シリコンと接触する金属層をシリサイド化しシ
リサイド層207を形成する。アンモニア+過酸化水素
溶液等により未反応金属層をエッチングした後、前述の
急速熱処理よりも高い温度(800℃以上)の急速熱処
理を行い、シリサイド層207の抵抗を低下させる。
LDD (Lightly Doped D)
In order to form a (rain) structure, phosphorus or arsenic ions are implanted at a dose of about 2E13 cm −2 using the field 202 and the gate electrode 204aa as a mask, and an oxide film of about 100 nm is grown on the entire surface by, eg, LPCVD. Then, a sidewall 205 is formed on the side surface of the gate electrode 204aa and the like by performing anisotropic dry etching. At this time, the N-type diffusion layer 206
The upper surfaces of the aa and the like and the gate electrode 204aa and the like are in a state where silicon is exposed. Subsequently field 202 and the gate electrode 204aa, 204ba, 204ab, by ion implantation of arsenic was 204bb and the sidewalls 205 as a mask in the dose of about 5E15 cm -2, 10 20 ~ the surface of the P-type silicon substrate 201 N-type diffusion layers 206aa and 206ba having a concentration of about 10 21 cm -3
206ca, 206ab, 206bb, and 206cb are formed. Next, a metal layer such as titanium is deposited on the entire surface by sputtering or the like, and the metal layer in contact with silicon is silicided by a rapid heat treatment at 700 ° C. to form a silicide layer 207. After etching the unreacted metal layer with an ammonia + hydrogen peroxide solution or the like, a rapid heat treatment at a higher temperature (800 ° C. or higher) than the above-described rapid heat treatment is performed to reduce the resistance of the silicide layer 207.

【0044】次に、例えばLPCVD法及び化学的機械
研磨法(CMP)等により、平坦な表面を有し、少なく
とも底面と上面が酸化膜からなる層間膜208を全面に
形成する。この層間膜208は例えば次のように形成す
る。常圧CVD法等により膜厚100nm程度の酸化膜
を全面に形成し、続いて常圧CVD法等により膜厚60
0nm程度のBPSG膜を形成する。例えば800℃程
度での熱処理を行った後、CMP等により表面を平坦化
する。さらに常圧CVD法等により膜厚100nm程度
の酸化膜を全面に形成する。
Next, an interlayer film 208 having a flat surface and at least a bottom surface and an upper surface made of an oxide film is formed on the entire surface by, for example, LPCVD and chemical mechanical polishing (CMP). This interlayer film 208 is formed, for example, as follows. An oxide film having a thickness of about 100 nm is formed on the entire surface by a normal pressure CVD method or the like.
A BPSG film of about 0 nm is formed. For example, after performing heat treatment at about 800 ° C., the surface is flattened by CMP or the like. Further, an oxide film having a thickness of about 100 nm is formed on the entire surface by a normal pressure CVD method or the like.

【0045】層間膜208には、異方性ドライエッチン
グにより、N型拡散層206ba及びゲート電極204
abに達する接続孔209a、N型拡散層206bb及
びゲート電極204aaに達する接続孔209bを形成
する。ここで接続孔209a等の内部においてゲート電
極204ab等の側面にサイドウォールが残らないよう
にオーバーエッチングを行う。N型拡散層上、ゲート電
極上のシリサイド層207はエッチングにより除去され
てもよいし、酸化膜/シリサイドのエッチング選択比が
高いエッチングによりシリサイド層207でエッチング
がストップするようにしてもよい。続いて全面にチタン
等の金属層を全面にスパッタリング法等により堆積し、
700℃以下の急速熱処理により、シリコンと接触する
金属層をシリサイド化し、接続孔209a内部において
N型拡散層206baの上面、ゲート電極204abの
上面及び側面にシリサイド層210を形成する。アンモ
ニア+過酸化水素溶液等により未反応金属層をエッチン
グした後、前述の急速熱処理よりも高い温度(800℃
以上)の急速熱処理を行い、シリサイド層210の抵抗
を低下させる。次に図5(b)に示すように、シリサイ
ド層210を含めて層間膜208の表面には、全面に5
0〜100nm程度の膜厚を有するポリシリコン層をL
PCVD法等によって形成する。このとき、ポリシリコ
ン層の成長時に成長ガスが分解してできる活性なシリコ
ンとシリサイド層が反応するのを防ぐため、アンモニア
プラズマ中で処理を行い、シリサイド層210の表面に
窒化物を形成してもよい。N型不純物がイオン注入法等
により1E13〜1E15cm-2程度のドースで導入さ
れ、さらに異方性ドライエッチングによりパターニング
されることで、TFTのゲート電極211a、211b
を形成する。
The N-type diffusion layer 206ba and the gate electrode 204 are formed on the interlayer film 208 by anisotropic dry etching.
A connection hole 209a reaching ab, an N-type diffusion layer 206bb, and a connection hole 209b reaching the gate electrode 204aa are formed. Here, over-etching is performed so that a sidewall does not remain on the side surface of the gate electrode 204ab or the like inside the connection hole 209a or the like. The silicide layer 207 on the N-type diffusion layer and the gate electrode may be removed by etching, or the etching may be stopped at the silicide layer 207 by etching having a high etching selectivity of oxide film / silicide. Subsequently, a metal layer such as titanium is deposited on the entire surface by sputtering or the like,
The metal layer in contact with silicon is silicided by a rapid thermal treatment at 700 ° C. or lower, and a silicide layer 210 is formed on the upper surface of the N-type diffusion layer 206ba and the upper surface and side surfaces of the gate electrode 204ab inside the connection hole 209a. After etching the unreacted metal layer with an ammonia + hydrogen peroxide solution or the like, a temperature higher than the rapid heat treatment (800 ° C.)
The above-described rapid heat treatment is performed to reduce the resistance of the silicide layer 210. Next, as shown in FIG. 5B, the surface of the interlayer film 208 including the silicide layer 210 is
A polysilicon layer having a thickness of about 0 to 100 nm is represented by L
It is formed by a PCVD method or the like. At this time, in order to prevent a reaction between active silicon formed by decomposition of a growth gas and a silicide layer during the growth of the polysilicon layer, a treatment is performed in an ammonia plasma to form a nitride on the surface of the silicide layer 210. Is also good. An N-type impurity is introduced at a dose of about 1E13 to 1E15 cm −2 by ion implantation or the like, and is further patterned by anisotropic dry etching, so that the gate electrodes 211a and 211b of the TFT are formed.
To form

【0046】次いで全面にLPCVD法により厚さ5〜
20nmのTFTのゲート酸化膜212を形成し、異方
性ドライエッチングによりTFTのゲート酸化膜212
にTFTのゲート電極211bに達する接続孔213
a、TFTのゲート電極211aに達する接続孔213
bを開孔する。
Next, the entire surface is formed to a thickness of 5 to 5
A 20 nm TFT gate oxide film 212 is formed, and the TFT gate oxide film 212 is formed by anisotropic dry etching.
Connection hole 213 reaching the gate electrode 211b of the TFT
a, connection hole 213 reaching gate electrode 211a of TFT
b is opened.

【0047】次に図5(c)に示すように、全面にLP
CVD法により10〜100nmのアモルファスシリコ
ンを成長、600℃程度の温度で結晶化し、ポリシリコ
ン膜とした後、1E12〜1E13cm-2のドースでN
型不純物をイオン注入し、異方性ドライエッチングによ
りパターニングし、低濃度ポリシリコン領域214a、
214bを形成する。
Next, as shown in FIG.
Growing a 10~100nm of amorphous silicon by the CVD method, and crystallized at a temperature of about 600 ° C., after a polysilicon film, N at doses of 1E12~1E13cm -2
Type impurities are ion-implanted and patterned by anisotropic dry etching to form a low-concentration polysilicon region 214a,
Form 214b.

【0048】そして図5(d)に示すように、フォトレ
ジスト222をマスクとして、ボロンまたはBF2イオ
ンが1E14〜1E15cm-2程度のドースで注入さ
れ、高濃度P型ポリシリコン領域214aa、214b
a、214ab、214bbを形成すると共に、フォト
レジスト222で覆われた領域に低濃度ポリシリコン領
域214ca、214cbを残置する。その後は実施形
態1と同様にして層間膜215、接続孔216a、21
6b、接地配線217、層間膜218、接続孔219
a、219b、金属プラグ220a、220b、金属配
線221a、222bを形成し、本実施形態2のSRA
Mメモリセルを完成させる。
Then, as shown in FIG. 5D, using the photoresist 222 as a mask, boron or BF2 ions are implanted at a dose of about 1E14 to 1E15 cm -2 , and the high-concentration P-type polysilicon regions 214aa and 214b are formed.
a, 214ab, 214bb are formed, and the low-concentration polysilicon regions 214ca, 214cb are left in the region covered with the photoresist 222. After that, as in the first embodiment, the interlayer film 215 and the connection holes 216a and 216a
6b, ground wiring 217, interlayer film 218, connection hole 219
a, 219b, metal plugs 220a, 220b, and metal wirings 221a, 222b are formed.
Complete M memory cells.

【0049】このような構造、製造方法によれば、熱処
理を低温、短時間としたプロセスにおいてもノード・コ
ンタクト部における寄生抵抗の小さいTFT負荷型SR
AMメモリセルを実現することができる。
According to such a structure and a manufacturing method, even in a process in which the heat treatment is performed at a low temperature for a short time, the TFT load type SR having a small parasitic resistance at the node / contact portion.
An AM memory cell can be realized.

【0050】なお、実施形態1,2ではTFTのゲート
電極がTFTのチャネル領域よりも下部にある下部ゲー
ト型について示したが、TFTのゲート電極がTFTの
チャネル領域の上部にある上部ゲート型についても適用
可能である。
In the first and second embodiments, the lower gate type in which the gate electrode of the TFT is lower than the channel region of the TFT has been described. Is also applicable.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ノ
ード・コンタクト内部に選択的に形成されたシリサイド
層により、駆動用MOSトランジスタのゲート電極とN
型拡散層を接続するようにし、その上に抵抗素子または
TFT素子を形成するようにしているので、小メモリセ
ル面積が実現でき、サリサイデーションプロセスに対応
した、熱処理を低温、短時間としたプロセスを採用して
も、ゲート−拡散層間の寄生抵抗を低減し、高速動作を
可能とするメモリセルを実現することができる。
As described above, according to the present invention, the gate electrode of the driving MOS transistor and the N electrode are formed by the silicide layer selectively formed inside the node contact.
Since the type diffusion layer is connected and a resistance element or a TFT element is formed thereon, a small memory cell area can be realized, and the heat treatment corresponding to the salicidation process is performed at a low temperature and in a short time. Even if the process is adopted, it is possible to realize a memory cell capable of reducing the parasitic resistance between the gate and the diffusion layer and operating at high speed.

【0052】事実、従来のメモリセルでは最低抵抗素子
の長さ分だけセル面積が増大するのに対し、本発明によ
ればそのようなオーバーヘッドがないため、セル面積が
30%程度縮小できる。また、従来の技術に比べ本発明
ではゲート−拡散層間寄生抵抗を2桁以上低減できるの
で、RC遅延は2桁以上改善される。
In fact, in the conventional memory cell, the cell area increases by the length of the lowest resistance element, but according to the present invention, since there is no such overhead, the cell area can be reduced by about 30%. In addition, the present invention can reduce the parasitic resistance between the gate and the diffusion layer by two digits or more in the present invention, so that the RC delay is improved by two digits or more.

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

【図1】(a),(b)は、本発明の実施形態1を示す
平面図、(c)は、(a)及び(b)のA−A’線断面
図である。
1A and 1B are plan views showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIGS. 1A and 1B.

【図2】本発明の実施形態1に係る半導体装置の製造方
法を工程順に示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view illustrating a method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図3】(a),(b)は、本発明の実施形態2を示す
平面図、(c)は、(a)及び(b)のA−A’線断面
図である。
3 (a) and 3 (b) are plan views showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 (c) is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIGS. 3 (a) and 3 (b).

【図4】負荷素子としてPチャネルトランジスタを有す
るSRAMメモリセルの等価回路図である。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of an SRAM memory cell having a P-channel transistor as a load element.

【図5】本発明の実施形態2に係る半導体装置の製造方
法を工程順に示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention in the order of steps.

【図6】負荷素子として高抵抗負荷を有するSRAMメ
モリセルの等価回路図である。
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of an SRAM memory cell having a high resistance load as a load element.

【図7】従来の技術の製造方法を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional manufacturing method.

【図8】従来の技術の問題点を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a problem of the related art.

【図9】従来例を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201 P型シリコン基板 102、202、302 フィールド103、203、
303 ゲート酸化膜 104aa、104ba、104ab、104bb、2
04aa、204ba、204ab、204bb、30
4aa、304ab、304b ゲート電極 105、205 サイドウォール 106aa、106ba、106ca、106ab、1
06bb、106cb、206aa、206ba、20
6ca、206ab、206bb、206cb、306
a、306ba、306bb、306c、306da、
306db N型拡散層 107、110、207、210、307 シリサイド
層 108、112、115、208、215、218、3
08 層間膜 109a、109b、113a、113b、116a、
116b、209a、209b、213a、213b、
216a、216b、219a、219b、309a
a、309ab、309ba、309bb、309c
接続孔 111aa、111ba、111ab、111bb、3
12 高濃度ポリシリコン領域 111、111ca、111cd、214a、214a
a、214ba、214ab、214bb、313 低
濃度ポリシリコン領域 114、217 接地配線 117a、117b、220a、220b 金属プラグ 118a、118b、221a、221b、310 金
属配線 119、222 フォトレジスト 211a、211b TFTのゲート電極 212 TFTのゲート酸化膜 214aa、214ba、214ab、214bb 高
濃度P型ポリシリコン領域 301 Pウェル 305 酸化膜 304ae 電源配線 311 N- 領域 TD1、TD2 駆動用MOSトランジスタ TA1、TA2 転送用MOSトランジスタ HR1、HR2 高抵抗負荷 TL1、TL2 負荷用TFT GND 接地 Vcc 電源 N1、N2 ノード WL ワード線 BL1、BL2 ビット線
101, 201 P-type silicon substrate 102, 202, 302 Field 103, 203,
303 Gate oxide film 104aa, 104ba, 104ab, 104bb, 2
04aa, 204ba, 204ab, 204bb, 30
4aa, 304ab, 304b Gate electrode 105, 205 Sidewall 106aa, 106ba, 106ca, 106ab, 1
06bb, 106cb, 206aa, 206ba, 20
6ca, 206ab, 206bb, 206cb, 306
a, 306ba, 306bb, 306c, 306da,
306db N-type diffusion layers 107, 110, 207, 210, 307 Silicide layers 108, 112, 115, 208, 215, 218, 3
08 interlayer films 109a, 109b, 113a, 113b, 116a,
116b, 209a, 209b, 213a, 213b,
216a, 216b, 219a, 219b, 309a
a, 309ab, 309ba, 309bb, 309c
Connection holes 111aa, 111ba, 111ab, 111bb, 3
12 High concentration polysilicon region 111, 111ca, 111cd, 214a, 214a
a, 214ba, 214ab, 214bb, 313 Low-concentration polysilicon region 114, 217 Ground wiring 117a, 117b, 220a, 220b Metal plug 118a, 118b, 221a, 221b, 310 Metal wiring 119, 222 Photoresist 211a, 211b TFT gate Electrode 212 TFT gate oxide film 214aa, 214ba, 214ab, 214bb High-concentration P-type polysilicon region 301 P well 305 Oxide film 304ae Power supply line 311 N region TD1, TD2 Driving MOS transistor TA1, TA2 Transfer MOS transistor HR1, HR2 High resistance load TL1, TL2 Load TFT GND Ground Vcc Power supply N1, N2 Node WL Word line BL1, BL2 Bit line

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スタティックランダムアクセスメモリセ
ルの構造を有する半導体記憶装置であって、スタティッ
クランダムアクセスメモリセルは、半導体基板の表面部
に選択的に形成されたソース・ドレイン領域を有する第
1の駆動用MOSトランジスタ及び、第2の駆動用MO
Sトランジスタと、前記第1の駆動用MOSトランジス
タのドレイン領域に接続された第1の転送用MOSトラ
ンジスタと、前記第2の駆動用MOSトランジスタのド
レイン領域に接続された第2の転送用トランジスタと、
第1及び第2の負荷素子とを含むものであり、前記第1
及び第2の駆動用MOSトランジスタのソース及びドレ
イン領域、ゲート電極、前記第1及び第2の転送用MO
Sトランジスタのソース及びドレイン領域、ゲート電極
の上面には、選択的に金属シリサイド層が形成されてお
り、前記各トランジスタを覆う前記層間絶縁膜には、第
1及び第2の接続孔が開孔されており、前記第1の接続
孔は、前記第1の駆動用MOSトランジスタのドレイン
領域及び前記第2の駆動用MOSトランジスタのゲート
電極上に開孔されており、前記第2の接続孔は、前記第
2の駆動用MOSトランジスタのドレイン領域及び前記
第1の駆動用MOSトランジスタのゲート電極上に開孔
されており、前記第1の駆動用NチャネルMOSトラン
ジスタのドレイン領域と前記第2の駆動用MOSトラン
ジスタのゲート電極とは、前記第1の接続孔の内部に選
択的に形成された金属シリサイド層によって互いに接続
され、その上には前記第1の負荷素子の一部となる非単
結晶シリコン系薄膜が形成されており、前記第2の駆動
用MOSトランジスタのドレイン領域及び前記第1の駆
動用MOSトランジスタのゲート電極とは、前記第2の
接続孔の内部に選択的に形成された金属シリサイド層に
よって互いに接続され、その上には前記第2の負荷素子
の一部となる多結晶薄膜が形成されているものであるこ
とを特徴とする半導体記憶装置。
1. A semiconductor memory device having a structure of a static random access memory cell, wherein the static random access memory cell has a first drive having a source / drain region selectively formed on a surface portion of a semiconductor substrate. MOS transistor and second driving MO
An S transistor, a first transfer MOS transistor connected to a drain region of the first drive MOS transistor, and a second transfer transistor connected to a drain region of the second drive MOS transistor. ,
A first load element and a second load element.
And the source and drain regions of the second driving MOS transistor, the gate electrode, and the first and second transfer MO transistors.
A metal silicide layer is selectively formed on the source and drain regions of the S transistor and the upper surface of the gate electrode, and first and second connection holes are formed in the interlayer insulating film covering each transistor. The first connection hole is formed in a drain region of the first drive MOS transistor and a gate electrode of the second drive MOS transistor, and the second connection hole is A hole is formed in a drain region of the second driving MOS transistor and a gate electrode of the first driving MOS transistor, and a drain region of the first driving N-channel MOS transistor and the second driving MOS transistor; The gate electrode of the driving MOS transistor is connected to each other by a metal silicide layer selectively formed inside the first connection hole. A non-single-crystal silicon-based thin film which is a part of the first load element is formed, and a drain region of the second driving MOS transistor and a gate electrode of the first driving MOS transistor are The second connection hole is connected to each other by a metal silicide layer selectively formed therein, and a polycrystalline thin film serving as a part of the second load element is formed thereon. A semiconductor memory device characterized by the following.
【請求項2】 MOSトランジスタ形成工程と、絶縁膜
サイドウォール形成工程と、第1の金属シリサイド層形
成工程と、接続孔形成工程と、第2の金属シリサイド層
形成工程と、負荷素子形成工程とを有する半導体記憶装
置の製造方法であって、MOSトランジスタ形成工程
は、半導体基板の表面部に、第1の駆動用MOSトラン
ジスタと、第1の転送用MOSトランジスタと、第2の
駆動用MOSトランジスタと、第2の転送用MOSトラ
ンジスタとを形成する処理であり、絶縁膜サイドウォー
ル形成工程は、前記各MOSトランジスタのゲート電極
の側面に絶縁膜サイドウォールを形成する処理であり、
第1の金属シリサイド層形成工程は、基板全面に第1の
金属層を形成した後、熱処理により前記ドレイン領域、
ソース領域、及びゲート電極の上面に選択的に第1の金
属シリサイド層を形成する処理であり、接続孔形成工程
は、前記第1の金属層のうち未反応の層を除去した後、
基板全面に層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜を選択
的にエッチングして、前記第1のドレイン領域及び前記
第3のゲート電極に達する第1の接続孔、前記第3のド
レイン領域及び前記第1のゲート電極に達する第2の接
続孔を、各接続孔の内部において各ゲート電極の側面に
絶縁膜のサイドウォールが残らないように形成する処理
であり、第2の金属シリサイド層形成工程は、基板全面
に第2の金属層を形成した後、熱処理により各接続孔の
底部において前記ドレイン領域、ゲート電極の上面、及
びゲート電極の側面に選択的に第2の金属シリサイド層
を形成する処理であり、負荷素子形成工程は、前記第2
の金属層のうち未反応の層を除去した後、基板全面に多
結晶薄膜を形成し、前記多結晶薄膜を構成要素とする負
荷素子を形成する処理であることを特徴とする半導体記
憶装置の製造方法。
2. A MOS transistor forming step, an insulating film side wall forming step, a first metal silicide layer forming step, a connection hole forming step, a second metal silicide layer forming step, a load element forming step. Wherein the MOS transistor forming step comprises the steps of: forming a first driving MOS transistor, a first transfer MOS transistor, and a second driving MOS transistor on a surface of a semiconductor substrate; And a second transfer MOS transistor. The insulating film sidewall forming step is a process of forming an insulating film sidewall on a side surface of a gate electrode of each of the MOS transistors.
In the first metal silicide layer forming step, after forming the first metal layer on the entire surface of the substrate, the drain region,
The first metal silicide layer is selectively formed on the source region and the upper surface of the gate electrode. The step of forming a connection hole includes removing an unreacted layer of the first metal layer.
Forming an interlayer insulating film over the entire surface of the substrate, selectively etching the interlayer insulating film, and forming a first connection hole reaching the first drain region and the third gate electrode; the third drain region; Forming a second connection hole reaching the first gate electrode so that a sidewall of an insulating film does not remain on the side surface of each gate electrode inside each connection hole; and forming a second metal silicide layer. Forming a second metal layer on the entire surface of the substrate and then selectively forming a second metal silicide layer on the drain region, the upper surface of the gate electrode, and the side surface of the gate electrode at the bottom of each connection hole by heat treatment; And the load element forming step is the second step.
Removing a non-reacted layer of the metal layer, forming a polycrystalline thin film over the entire surface of the substrate, and forming a load element having the polycrystalline thin film as a constituent element. Production method.
【請求項3】 前記第2の金属層のうち未反応の層を除
去する工程と、負荷素子形成工程との間に、前記第2の
金属シリサイド層表面をアンモニアプラズマ中で処理
し、窒化させた膜を形成する工程を有することを特徴と
する請求項2に記載の半導体記憶装置の製造方法。
3. A process in which a surface of the second metal silicide layer is treated in an ammonia plasma and nitrided between a step of removing an unreacted layer of the second metal layer and a step of forming a load element. 3. The method according to claim 2, further comprising the step of forming a film.
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