JP2001358233A - 半導体集積回路装置および半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置および半導体集積回路装置の製造方法

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JP2001358233A JP2000180004A JP2000180004A JP2001358233A JP 2001358233 A JP2001358233 A JP 2001358233A JP 2000180004 A JP2000180004 A JP 2000180004A JP 2000180004 A JP2000180004 A JP 2000180004A JP 2001358233 A JP2001358233 A JP 2001358233A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 SRAMのメモリセルを構成する電界効果ト
ランジスタにおけるGIDL電流を低減する。 【解決手段】 SRAMセルMCを構成する負荷用MI
S・FETQL2および駆動用MIS・FETをオフセ
ット構造とし、SRAMセルMCの選択用MIS・FE
TQt2、SRAMの周辺回路または論理回路を構成す
るMIS・FETを非オフセット構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置および半導体集積回路装置の製造技術に関し、特に、
SRAM(Static Random Access Memory)を有する半
導体集積回路装置および半導体集積回路装置の製造方法
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】SRAMは、メモリセル自身が電荷供給
用の能動素子を所有しているため、リフレッシュ動作が
不要で使い易いことから、携帯機器や家電製品を含む種
々の電子装置に使用されている。この携帯機器や家電製
品等では、消費電力を下げるために、回路の動作電流お
よびスタンバイ電流を低減することが要求されている。
このため、この種の製品に使用されるSRAMにおいて
は、メモリセルおよび周辺回路を含む大部分が、低消費
電力性能に優れたMIS(Metal Insulator Semiconduc
tor)型半導体素子で構成されている。また、1つのメ
モリセルが6個のMIS型半導体素子で構成される完全
相補型電界効果トランジスタ(CMIS(Complementar
y MIS))構成のメモリセルを持つSRAMは、構造
上、データ保持時のリーク電流が非常に小さいとされて
いることから、携帯機器や家電製品等のようなバッテリ
・バックアップが必要な製品に多く使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記SRA
Mを有する半導体集積回路装置技術においては、以下の
課題がある。
【0004】すなわち、MIS型半導体素子の寸法縮小
に伴い、半導体の内部電界が高くなってきていることに
起因して、ドレイン電圧を印加した状態でバンド間トン
ネル電流(GIDL;Gate Induced Drain Leakage)が
流れ、MIS型半導体素子のオフ電流(スタンバイ電
流)が増大する結果、SRAMを有する半導体集積回路
装置の消費電力が増大する問題が生じている。完全CM
IS型のメモリセルを持つSRAMにおいては、データ
保持状態(すなわち、メモリセルの選択トランジスタが
オフの状態)時のリーク電流がGIDL電流で支配的と
なることから、特に問題となる。
【0005】なお、本発明者らは、本発明の結果に基づ
きGIDLについて公知例を調査した。その結果によれ
ば、例えば特開平9−135029号公報には、GID
L対策としてゲート電極の側壁にサイドウォールをつけ
た状態で、ソース領域およびドレイン領域形成用の不純
物を半導体基板に導入する技術が開示されている。
【0006】また、例えば特開平9−92830号公報
には、GIDL対策としてゲート電極の両側面に側壁を
設けた状態で、ソース領域およびドレイン領域形成用の
不純物を半導体基板に導入する技術が開示されている。
【0007】また、例えば特開平10−65151号公
報には、GIDL対策としてゲート電極の両側面に第
1、第2のサイドウォールを設けて、LDD(Lightly
DopedDrain)形成用の不純物およびソース/ドレイン拡
散層用の不純物を半導体基板に導入する技術が開示され
ている。
【0008】また、例えば特開平7−321320号公
報には、GIDL対策としてゲート電極の両側面に側壁
を設けた状態で、ソース領域およびドレイン領域形成用
の不純物を半導体基板に導入する。また、ソース領域側
だけに相対的に不純物濃度の低いLDD用の半導体領域
を設ける技術が開示されている。
【0009】また、例えば特開平8−228000号公
報には、GIDL対策として、ソース領域側のゲート絶
縁膜部分の厚さを、ドレーン領域側のゲート絶縁膜部分
の厚さよりも薄くする技術が開示されている。
【0010】また、例えば特開平11−274494号
公報には、GIDL対策として、予め半導体基板におい
てゲート電極端部に相当する部分に不純物を導入した
後、ゲート絶縁膜の再酸化処理を施すことにより、ゲー
ト電極両端部のゲート絶縁膜部分の膜厚を相対的に厚く
する技術が開示されている。
【0011】また、例えば特開平11−163317号
公報には、GIDL対策として、ゲート絶縁膜上にゲー
ト電極をパターン形成した後、ゲート絶縁膜の両端部に
ゲートバーズビークを形成し、部分的に厚くする技術が
開示されている。
【0012】また、例えば特開2000−12843号
公報には、GIDL対策として、ゲート酸化膜上にゲー
ト電極をパターン形成した後、ゲート酸化膜の両端部を
一旦ウエットエッチングで部分的に除去し、再度、酸化
処理を施すことにより、ゲート酸化膜の両端部を部分的
に厚くする技術が開示されている。
【0013】また、例えば特開平11−3990号公報
には、GIDL対策として、ゲート絶縁膜上にゲート電
極をパターン形成した後、ゲート絶縁膜の両端部を一旦
エッチングで部分的に除去し、ゲート電極端部に空間を
設けるか、または、その空間に誘電体を埋め込む構造が
開示されている。
【0014】本発明の目的は、SRAMのメモリセルを
構成するMIS型半導体素子におけるGIDL電流を低
減することのできる技術を提供することにある。
【0015】また、本発明の他の目的は、SRAMを有
する半導体集積回路装置の消費電力を低減させることの
できる技術を提供することにある。
【0016】また、本発明の他の目的は、SRAMを有
する半導体集積回路装置の高速動作を実現することので
きる技術を提供することにある。
【0017】また、本発明の他の目的は、SRAMを有
する半導体集積回路装置の消費電力を低減させ、かつ、
高速動作を実現することのできる技術を提供することに
ある。
【0018】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0019】
【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、
次のとおりである。
【0020】すなわち、本発明は、SRAMを有する半
導体集積回路装置において、SRAMセルを構成する複
数の電界効果トランジスタのうち、少なくとも1つの電
界効果トランジスタに対してGIDL電流対策を施した
ものである。
【0021】また、本発明は、SRAMを有する半導体
集積回路装置において、SRAMセルを構成する複数の
電界効果トランジスタのうち、少なくとも1つの電界効
果トランジスタをオフセット構造としたものである。
【0022】また、本発明は、相補型電界効果トランジ
スタ構造のSRAMセルを構成する少なくとも1つの電
界効果トランジスタをオフセット構造とし、それ以外の
電界効果トランジスタを非オフセット構造とするもので
ある。
【0023】また、本発明は、相補型電界効果トランジ
スタ構造のSRAMセルを構成する少なくとも1つの第
1の電界効果トランジスタのゲート絶縁膜を、それ以外
の電界効果トランジスタであって、前記第1の電界効果
トランジスタと同一の電源電圧が供給される第2の電界
効果トランジスタのゲート絶縁膜よりも厚くしたもので
ある。
【0024】また、本発明は、SRAMを有する半導体
集積回路装置において、SRAMセルを構成する複数の
電界効果トランジスタのうち、少なくとも1つの第1の
電界効果トランジスタのソース・ドレイン用の一対の半
導体領域における低不純物濃度の半導体領域の不純物濃
度を、前記半導体基板に形成された電界効果トランジス
タであって、前記第1の電界効果トランジスタ以外の電
界効果トランジスタであり、前記第1の電界効果トラン
ジスタと同じ電源電圧が供給される第2の電界効果トラ
ンジスタのソース・ドレイン用の一対の半導体領域にお
ける低不純物濃度の半導体領域の不純物濃度よりも低く
したものである。
【0025】
【発明の実施の形態】本願発明の実施の形態を説明する
にあたり、本願における用語の基本的な意味を説明する
と次の通りである。
【0026】1.本願において半導体集積回路装置とい
うときは、特に単結晶シリコン基板上に作られるものだ
けでなく、特にそうでない旨が明示された場合を除き、
SOI(Silicon On Insulator)基板やTFT(Thin Film
Transistor)液晶製造用基板等といった他の基板上に作
られるものを含むものとする。
【0027】2.半導体ウエハ(半導体基板)とは、半
導体集積回路ウエハまたは単にウエハともいい、半導体
集積回路装置の製造に用いるシリコンその他の半導体単
結晶基板(一般にほぼ平面円形状)、サファイア基板
(SOS(Silicon On Sapphire)基板等)、ガラス基
板、その他の絶縁、反絶縁または半導体基板等並びにそ
れらの複合的基板を言う。なお、基板表面の一部または
全部あるいはゲート電極の全部または一部を、例えば多
結晶シリコンまたは単結晶シリコンとゲルマニウムとの
合金(以下、SiGeという)等のような他の半導体で
形成しても良い。
【0028】3.半導体チップ(半導体基板)とは、半
導体集積回路チップまたは単にチップともいい、ウエハ
工程(ウエハプロセスまたは前工程ともいう)が完了し
た半導体ウエハを単位回路群に分割したものを言う。
【0029】4.オフセット構造とは、電界効果トラン
ジスタのソース・ドレイン用の一対の半導体領域のチャ
ネル側端部が、電界効果トランジスタの動作を阻害しな
い範囲内において、そのゲート電極と重ならないように
ゲート電極の両端から遠ざかる方向に離れて(ずれて)
配置される構造を言う。また、非オフセット構造とは、
電界効果トランジスタの通常のソース・ドレイン構造で
あって、そのソース・ドレイン用の一対の半導体領域の
チャネル側端部がゲート電極の両端とほぼ一致する位置
またはゲート電極の一部に平面的に重なるように配置さ
れる構造を言う。なお、そのソース・ドレインには、チ
ャネル側に相対的に低不純物濃度の半導体領域を設け
る、いわゆるLDD(Lightly Doped Drain)構造を含
める場合もあるものとする。
【0030】また、オフセット量は、例えば次のように
定義できる。図1および図2は電界効果トランジスタを
代表するMIS・FET(Metal Insulator Semiconduc
torField Effect Transistor)Qrefの断面図およびそ
のMIS・FETQrefの等価回路図をそれぞれ模式的
に示している。MIS・FETQrefは、ソース・ドレ
イン用の一対の半導体領域45と、ゲート絶縁膜46
と、ゲート電極47とを有している。符号のLgはゲー
ト長、Lmaskはマスク寸法、Leffは実効的なチャネル
長、ΔLはオフセット量、Vgはゲート電圧、Vsはソ
ース電圧、Rは抵抗、Vdsはドレイン電圧、Idsは
ドレイン電流をそれぞれ示している。
【0031】オフセット量ΔLを図1および図2のよう
に定義する。オフセット量ΔLは線形領域におけるVg
−Ids波形から計算により求める。
【0032】(1)チャネルレジスタンスメソッド(Ch
annel Resistance Method) 寄生抵抗Rも含めたチャネル抵抗Rtotalは、次のよう
に表される。すなわち、Rtotal=R+(Lmask−Δ
L)/(Leff・Cox・W(Vg−Vth−mVds/
2)である。なお、Coxはゲート絶縁膜容量、Wはゲー
ト幅、Vthはしきい値電圧、mはバルクチャージ効果
定数(m>1)である。この式からゲート長の異なるM
IS・FETの線形領域のVg−Id特性を測定すると
図3のようなプロット(plot)が得られる。同図に
示すように、ゲート長が異なっていても各プロット線は
(R,ΔL)の一点で交差することから、オフセット量
ΔLを求めることができる。なお、この方法の詳細につ
いては、J.G.J.Chern,P.Chang,R.F.Motta,and N.Gadinh
o(1980).“A new method to determine MOSFET chann
el length," IEEE Electron Device Lett.ED-1,p.17
0を参照されたい。
【0033】(2)シフトアンドレシオメソッド(Shif
t and Ratio Method) 上記Rtotalの式を用いて、dRitotal/dVg=Lief
f・df(VB−Vthi)/dVg=Si(Vg)とした
とき、r(δ,Vg)≡So(Vg)/Si(Vg−δ)
が一定値となるδを用いて、ΔL、Rを求める。なお、
この方法の詳細については、Y.Taur D.S.Zicherman D.
R.Lombardi,P.J.Restle,C.H.Hsu,H.I.Hanafi,M.R.Worde
man,B.Davari,and G.G.Shahidi(1992).“A new shift
and ratio method for MOSFET channel lengthextract
ion," IEEE Electron Device Lett.ED-13,p.267を参
照されたい。
【0034】(3)モビリティディグレイションメソッ
ド(Mobility Degradation Method) モビリティ(mobility)劣化、および寄生抵抗
Rを考慮した線形領域のIdsの式である、Ids=
(β(Vg−Vth)Vds)/(1+α(Vg−Vt
h))の式に、Vg−Id波形をフィッティング(fi
tting)して、α、Vth、βを求める。この時、
βを図4のようにプロットする。これを異なるゲート長
Lgで行う。
【0035】以下の実施の形態においては便宜上その必
要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に
分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それら
はお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部ま
たは全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【0036】また、以下の実施の形態において、要素の
数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場
合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数
に限定される場合等を除き、その特定の数に限定される
ものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【0037】さらに、以下の実施の形態において、その
構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場
合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合
等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまで
もない。
【0038】同様に、以下の実施の形態において、構成
要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示
した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられ
る場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似
するもの等を含むものとする。このことは、上記数値お
よび範囲についても同様である。
【0039】また、実施の形態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の符号を付し、その
繰り返しの説明は省略する。
【0040】また、本実施の形態においては、電界効果
トランジスタを代表するMIS・FETを単にMISと
略し、pチャネル型のMIS・FETをpMISと略
し、nチャネル型のMIS・FETをnMISと略す。
【0041】(実施の形態1)まず、本実施の形態1に
ついて説明する前に、本発明者らが本発明をするのに検
討した技術(以下、発明者検討技術ともいう)の課題に
ついて説明する。
【0042】図5は、発明者検討技術のSRAMを有す
る半導体集積回路装置におけるMISQ50の断面図の一
例を示している。MISQ50は、半導体基板50に形成
されたソース・ドレイン用の一対の半導体領域51と、
ゲート絶縁膜52と、ゲート電極53とを有している。
一対の半導体領域51は、チャネル側に設けられた低不
純物濃度の半導体領域51aと、その外方(ゲート電極
53から離間する方向)に設けられた高不純物濃度の半
導体領域51bとを有している。低不純物濃度の半導体
領域51aは、いわゆるLDD構造を構成する領域であ
り、MISのオン電流を低下させないために、すなわ
ち、半導体集積回路装置の動作速度の向上を図るべく、
その一部が、ゲート電極53の両端部に平面的に重なる
構造(非オフセット構造)となっている。
【0043】図6は、図5のMISQ50がnMISを想
定した場合におけるA−A線断面の半導体エネルギーバ
ンド図を示している。同図(a)は、ゲート電圧Vg=
0V、ドレイン電圧Vd=0Vの場合、(b)は、ゲー
ト電圧Vg=0、ドレイン電圧=高電位側の電源電圧V
CCの場合、(c)は(b)の領域Aの拡大図をそれぞれ
示している。半導体集積回路装置の素子寸法の縮小に伴
い、半導体の内部電界が高くなってきた結果、ドレイン
電圧に電源電圧VCCを印加した状態(図6(b),
(c))でバンド間トンネル電流、すなわち、GIDL
(Gate Induced Drain Leakage)電流Igidlが流れる。
このため、MISQ50のオフ電流(MISQ50のスタン
バイ時に流れるスタンバイ電流)が増加するので、SR
AMを有する半導体集積回路装置の消費電力が増大す
る。
【0044】図7は、図5のMISQ50の要部拡大断面
図を示している。GIDL電流は、低不純物濃度領域5
1aの一部がゲート電極53に平面的に重なる部分で流
れやすい。なお、図3において符号Ichは、チャネル電
流を示し、符号Isdlは、スタンバイ時等におけるソー
ス・ドレイン間のリーク電流を示している。このリーク
電流Isdlについては、高不純物濃度の半導体領域と半
導体基板とのpn接合部における不純物濃度プロファイ
ルの最適化により対策できる。
【0045】図8は、図5および図7に示したMISQ
50の電流電圧特性を示している。ゲート電圧Vg=0V
での電流は、GIDL電流が支配的となっている。すな
わち、MISQ50のオフ時(スタンバイ時)におけるリ
ーク電流はGIDL電流で支配的となっている。
【0046】図9は、一般的な完全CMIS(Compleme
ntary MIS)型のSRAMセルMCの回路図を示してい
る。このSRAMセルMCは、一対の相補性のビット線
BL1,BL2と、ワード線WLとの交差部近傍に配置
されており、一対の駆動用MISQd1,Qd2と、一
対の負荷抵抗用MISQL1,QL2と、一対の選択用
MISQt1,Qt2との6個のMISを有している。
一対の相補性のビット線BL1,BL2には、互いに反
転された信号が伝送される。なお、このSRMAセルM
Cの回路自体は後述の本実施の形態1のSRAMセルM
Cと同じである。
【0047】このような完全CMIS型のSRMAセル
においては、高抵抗多結晶シリコン膜等を高抵抗負荷と
して用いた4MIS型のSRAMセルと異なり、選択用
MISQt1,Qt2がオフ状態(すなわち、データ保
持状態)におけるリーク電流が、GIDL電流で支配的
となる。例えば図9のノードN1がハイ(High)状態
で、ノードN2がロウ(Low)状態の場合には、駆動用
MISQd1、選択用MISQt1および負荷用MIS
QL2におけるGIDL電流が問題となり、一方、ノー
ドN1がLow状態で、ノードN2がHigh状態の場合に
は、駆動用MISQd2、選択用MISQt2および負
荷用MISQL1におけるGIDL電流が問題となる。
この問題は、特にpMISで構成される負荷用MISQ
L1,QL2において問題となる。一般的にMISのソ
ース・ドレイン用の半導体領域の不純物濃度がある濃度
以上になるとエネルギーバンドが曲がり難くなるので
(図6参照)、GIDL電流が生じ難い。しかし、pM
ISでは、その不純物濃度を高くしてしまうと、ソース
・ドレイン間のリーク電流が生じ易くなり、パンチスル
ーの問題が生じてしまうので、その不純物濃度を高くす
ることができない。このため、pMISではGIDL電
流が生じ易い。
【0048】また、このようなSRAMにおいては、半
導体チップの面積に占めるメモリセルの面積が一般的な
ものでも60%を越えるため、SRAMの全体の消費電
力に占めるSRAMセルMCの保持電流による消費電力
の割合が極めて大きい。したがって、完全CMIS型の
SRAMセルを複数有するSRAMでは、データ保持状
態(スタンバイ状態)時における消費電力の増加が問題
となる。マイクロプロセッサに用いられるSRAMで
も、より多くのメモリセルを搭載する傾向にあることか
ら、如何にして消費電力を下げるかが重要な課題とな
る。
【0049】ここで、本発明者らの検討によれば、GI
DL電流を低減させるには、例えば次の方法がある。第
1は、MISのソース・ドレイン用の半導体領域(上記
低不純物濃度の半導体領域)とゲート電極との平面的な
重なり部分を減らす(または重なりを無くす、いわゆる
オフセット構造)、第2は、MISのゲート絶縁膜を厚
くする、第3は、MISのソース・ドレイン用の上記低
不純物濃度領域の不純物濃度をさらに低くする方法等で
ある。しかし、いずれの方法においても、MISのオン
電流(ドレイン電流)が低下する結果、半導体集積回路
装置の動作速度が遅くなる。
【0050】図10(a),(b)は、上記オフセット
構造を有するMISの電流電圧特性を示している。GI
DL電流は低減されるが、オン電流は低下してしまうこ
とが分かる。すなわち、上記オフセット構造を上記SR
AMを構成する全てのMISに適用した場合、SRAM
セルのGIDL電流を低減することはできるが、データ
の読み出しや書き込み等を行う周辺回路の動作速度が遅
くなり、高速動作が困難になってしまう。また、SRA
Mを構成する全てのMISのゲート絶縁膜を厚くした場
合は、オン電流がゲート絶縁膜厚に逆比例して低下す
る。さらに、SRAMを構成する全てのMISの上記低
不純物濃度の半導体領域とゲート電極との平面的な重な
り量を減らす、または、上記低不純物濃度の半導体領域
の不純物濃度をさらに低くした場合は、寄生抵抗が高く
なるので、いずれもオン電流が低下するので、SRAM
の高速動作が困難になってしまう。
【0051】そこで、本実施の形態1においては、SR
AMセルの少なくとも1つのMISのソース・ドレイン
をオフセットとし、SRAMセル以外の周辺回路または
同一半導体チップ内に論理回路がある場合にはその論理
回路のMISのソース・ドレインを非オフセットとする
ものである。これにより、SRAM単体またはSRAM
を有する半導体集積回路装置において、スタンバイ時に
おけるSRAMセルでのGIDL電流を低下させること
で低消費電力を実現し、かつ、SRAMの周辺回路や他
の論理回路における動作速度を向上させることで半導体
集積回路装置の高速動作を実現することが可能となる。
【0052】次に、本発明の技術思想を適用した半導体
集積回路装置の具体的な一例を説明する。本実施の形態
1の半導体集積回路装置は、例えばSRAMを内蔵した
携帯機器向けのコントローラ用のマイクロプロセッサ
(MPU)や大容量SRAMを内蔵したマイクロプロセ
ッサ(MPUまたはCPU)等、電池駆動で低消費電力
が要求される携帯型電子装置向けの半導体集積回路装置
である。なお、半導体集積回路装置を構成するMISの
最小の実効チャネル長は、例えば0.14μm程度であ
る。また、電池としては、例えばリチウムイオン二次電
池、金属リチウム二次電池またはリチウムポリマ二次電
池等、種々の小型携帯電子装置用の電池がある。
【0053】まず、本実施の形態1の半導体集積回路装
置のSRAMセルの回路構造例を図11によって説明す
る。なお、図11において太線は上記オフセット構造と
されている部分を示している。
【0054】本実施の形態1の半導体集積回路装置にお
いては、例えば中速SRAMが使用されている。そのS
RAMセルMCは、一対の相補性のビット線BL1,B
L2と、ワード線WLとの交差部近傍に配置されてい
る。一対の相補性のビット線BL1,BL2には、互い
に反転された信号が伝送される。
【0055】このSRAMセルMCは、例えば完全CM
IS型SRAMセルであり、一対の駆動用MISQd
1,Qd2と、一対の負荷抵抗用MISQL1,QL2
と、一対の選択用MISQt1,Qt2との6個のMI
Sを有している。駆動用MISQd1,Qd2および選
択用MISQt1,Qt2はnMISで構成され、負荷
抵抗用MISQL1,QL2はpMISで構成されてい
る。
【0056】上記一対の駆動用MISQd1,Qd2お
よび一対の負荷用MISQL1,QL2はフリップフロ
ップ回路を構成している。このフリップフロップ回路
は、1ビットの情報(“1=high”または“0=LO
W”)を記憶する記憶素子であり、その一端(負荷抵抗
用MISQL1,QL2側)は相対的に高電位側の電源
電圧Vccが印加される電極と電気的に接続され、他端
(駆動用MISQd1,Qd2側)は相対的に低電位
(接地電位)側の電源電圧GNDが印加される電極と電
気的に接続されている。なお、高電位側の電源電圧Vcc
は、例えば1.8V程度または1.5V程度、低電位側
の電源電圧GNDは、例えば0V程度である。
【0057】また、一対の選択用MISQt1,Qt2
は、上記記憶素子用のフリップフロップ回路をビット線
BL1,BL2に電気的に接続したり、切り離したりす
るためのスイッチング素子であり、それぞれのフリップ
フロップ回路の入出力端子(ノードN1,N2)とビッ
ト線BL1,BL2との間に介在されている。なお、一
対の選択用MISQt1,Qt2のゲート電極は、ワー
ド線WLと電気的に接続されている。
【0058】本実施の形態1においては、図11の太線
で示すように、一対の駆動用MISQd1,Qd2およ
び一対の負荷抵抗用MISQL1,QL2のソース・ド
レインが、上記オフセット構造とされている。SRAM
セルMCのMISをオフセット構造とすることができる
のは、SRAMセルMC内のMISは、保持ノードのリ
ーク電流分の電流を供給するだけ、またはビット線BL
の電位を僅かに変化させるための電流駆動能力があれば
良く、周辺回路や論理回路等に比べて大きな駆動能力が
必要とされないからである。ワード線WLがLow状態
となる保持状態では、一対の負荷用MISQL1,QL
2のどちらかと、一対の駆動用MISQd1,Qd2の
どちらかのMISにおいて常にドレインに電圧が印加さ
れる状態となるので、オフ電流が流れる。しかし、nM
ISおよびpMISのオフ電流が同じとした場合、オフ
セット構造のMISの採用により、1個のMIS当たり
についてオフ電流を1/2にできたとすると、図11の
1個のSRAMセルMC当たり約50%程度の消費電流
の削減が可能となる。すなわち、本実施の形態1によれ
ば、SRAMを有する半導体集積回路装置の消費電力
を、全くオフセット構造を採用しない場合の半分程度あ
るいはそれ以上低減させることが可能となる。したがっ
て、このような半導体集積回路装置を、電池駆動の携帯
型電子装置に使用することにより、その携帯型電子装置
の動作時間を長くすることが可能となる。このため、携
帯型電子装置を使用している最中に電源が切れたり、電
池交換をしたりする不具合や電池交換の回数を減らすこ
とが可能となる。
【0059】また、一対の選択用MISQt1,Qt
2、SRAMの周辺回路および同一半導体チップ内にS
RAM以外の論理回路がある場合にはその論理回路を構
成するMISのソース・ドレインが、非オフセット構造
(すなわち、通常のMIS構造)とされている。このよ
うにSRAMの周辺回路等を構成するMISを含めて、
一対の選択用MISQt1,Qt2を非オフセット構造
(通常のMIS構造)としたことにより、読み出し、書
き込み動作の高速性を確保することができる。したがっ
て、半導体集積回路装置の高速動作を実現することがで
きる。これにより、本実施の形態1の半導体集積回路装
置を有する携帯型電子装置の処理速度を確保することが
可能となる。このため、操作者の所定の操作に対する携
帯型電子装置の素早いレスポンスを維持することが可能
となる。
【0060】ただし、オフセット構造の適用は上記した
ものに限定されるものではなく種々変更可能である。例
えば図12に示すように、一対の負荷抵抗用MISQL
1,QL2をオフセット構造とし(太線で示す)、一対
の駆動用MISQd1,Qd2、一対の選択用MISQ
t1,Qt2、SRAMの周辺回路および同一半導体チ
ップ内にSRAM以外の論理回路がある場合にはその論
理回路を構成するMISを非オフセット構造とするよう
にしても良い。図12に示した構造では、図11に示し
た構造に比べてオフ電流について対策されたMISが少
ないが、nMISに比較してpMISのオフ電流が相対
的に多い場合にはオフ電流の低減効果が大きい。また、
SRAMの周辺回路等を含めて、一対の選択用MISQ
t1,Qt2を非オフセット構造(通常のMIS構造)
としたことにより、図11の場合と同様に、半導体集積
回路装置の高速動作を実現することができる。
【0061】また、他の例として図13に示すように、
SRAMセルMCの全てのMIS、すなわち、一対の負
荷抵抗用MISQL1,QL2、一対の駆動用MISQ
d1,Qd2および一対の選択用MISQt1,Qt2
をオフセット構造とし(太線で示す)、SRAMの周辺
回路および同一半導体チップ内にSRAM以外の論理回
路がある場合にはその論理回路を構成するMISを非オ
フセット構造とするようにしても良い。ワード線WLが
Low状態となる保持状態では、負荷用MISQL1,Q
L2のどちらかと、駆動用MISQd1,Qd2のどち
らかに加えて、選択用MISQt1,Qt2のどちらか
も常にドレイン電圧が印加される状態となりオフ電流が
流れる。したがって、SRAMセルMCの全てのMIS
をオフセット構造とした図13の場合は、図11と比較
して、より消費電力を低減することが可能となる。ま
た、一対の選択用MISQt1,Qt2もオフセット構
造とされているので動作速度が若干低下するが、周辺回
路や論理回路は非オフセット構造となっているので、周
辺回路や論理回路の動作速度の低下が生じない。したが
って、図13の構造としたからといって半導体集積回路
装置の動作速度が著しく低下するようなこともない。
【0062】次に、本実施の形態1の半導体集積回路装
置のデバイス構造例を図14〜図24によって説明す
る。図14は上記SRAMセルMCの平面図、図15は
図14のA−A線の断面図、図16は図14のB−B線
の断面図を示している。また、図17は、SRAMの周
辺回路または同一半導体チップに論理回路がある場合に
はその論理回路を構成するMISの断面図を示してい
る。また、図18および図19はSRAMセルMCにお
けるオフセット構造のMISの要部拡大断面図、図20
は図18および図19のMISの各部における寸法や不
純物濃度の一例の説明図である。また、図21および図
23は、SRAMの周辺回路、同一半導体チップ上に論
理回路がある場合にはその論理回路およびSRAMセル
における非オフセット構造のMISの要部拡大断面図、
図22および図24は、それぞれ図21および図23の
MISの各部における寸法や不純物濃度の一例の説明図
である。
【0063】半導体チップを構成する半導体基板1は、
例えばp型のシリコン(Si)単結晶からなる。半導体
基板1には、pウエル2PWおよびnウエル2NWが形
成されている。pウエル2PWは、半導体基板1の主面
(素子形成面)から所定の深さに広がってホウ素等の不
純物が分布されることで形成され、nウエル2NWは、
半導体基板1の主面から所定の深さに広がってリンまた
はヒ素等の不純物が分布されることで形成されている。
【0064】また、半導体基板1の主面には、例えば溝
型の分離部3(トレンチアイソレーション)と、これに
平面的に取り囲まれた活性領域Lとが形成されている。
溝型の分離部3は、半導体基板1に掘られた溝内に、例
えば酸化シリコン(SiO2)等のような絶縁膜が埋め
込まれることで形成されている。分離部3を溝型とする
ことで半導体基板1の主面上の平坦性を向上させること
ができる。分離部3は、溝型の分離部に限定されるもの
ではなく、例えばLOCOS(Local Oxidization of S
ilicon)法によって形成されたフィールド絶縁膜で形成
しても良い。上記した負荷用MISQL1,QL2、駆
動用MISQd1,Qd2および選択用MISQt1,
Qt2は、分離部3に囲まれた活性領域Lに形成されて
いる。
【0065】まず、負荷用MISQL1,QL2につい
て説明する。負荷用MISQL1,QL2は、上記した
ようにpMISからなり、ソース・ドレイン用の一対の
+型半導体領域4,4と、ゲート絶縁膜5と、ゲート
電極6aとを有している。一対のp+型半導体領域4,
4は、半導体基板1のnウエル2NWに、例えばホウ素
が導入されて形成されている。本実施の形態1において
は、上記したように負荷用MISQL1,QL2の一対
のp+型半導体領域4,4がオフセット構造となってい
る。すなわち、一対のp+型半導体領域4において負荷
用MISQL1,QL2のチャネル側に向かう端部(チ
ャネル側端部)が、ゲート電極6aと重ならないよう
に、ゲート電極6aの側面の端部から遠ざかる方向に向
かって所定の長さだけ離れる(ずれる)ようになってい
る(図16、図18および図20参照)。すなわち、電
界強度が相対的に高いゲート電極の底部側の両端部から
ソース・ドレイン用の半導体領域の端部を遠ざけたこと
により、そのソース・ドレイン用の半導体領域の端部に
印加される電界強度を緩和することができるので、GI
DL電流が流れるのを抑制または防止することができ
る。これにより、負荷用MISQL1,L2において、
データ保持状態時におけるGIDL電流を低減できる。
したがって、SRAMセルのデータ保持状態時のリーク
電流を低減でき、半導体集積回路装置全体の消費電力を
低減できる。また、pMISで構成される負荷用MIS
QL1,L2のソース・ドレインの不純物濃度を上げな
くても良いので、ソース・ドレイン間のリーク電流やパ
ンチスルーの問題も抑制または防止することができる。
したがって、半導体集積回路装置の動作信頼性を向上さ
せることができる。このような負荷用MISQL1,L
2の一対のp+型半導体領域4,4の上部には、例えば
コバルトシリサイド等からなるシリサイド膜7が形成さ
れている。これにより、配線との接触抵抗や寄生容量等
を低減させることが可能となっている。なお、シリサイ
ド膜7は、例えばタングステンシリサイド、チタンシリ
サイドまたはモリブデンシリサイドを用いることもでき
る。
【0066】負荷用MISQL1,QL2のゲート絶縁
膜5は、例えば酸化シリコンからなり、その膜厚は、二
酸化シリコン膜換算膜厚で、例えば3nm〜5nm程度
である。ゲート絶縁膜5は、酸化シリコン膜に代えて酸
窒化シリコン膜で構成しても良い。酸窒化シリコン膜
は、酸化シリコン膜に比べて膜中における界面準位の発
生を抑制したり、電子トラップを低減したりする効果が
高いので、ゲート絶縁膜5のホットキャリア耐性を向上
でき、絶縁耐性を向上させることができる。また、酸窒
化シリコン膜は、酸化シリコン膜に比べて不純物が貫通
し難いので、ゲート絶縁膜5を酸窒化シリコン膜で構成
することにより、ゲート電極材料中の不純物が半導体基
板側に拡散することに起因するしきい値電圧の変動を抑
制することができる。酸窒化シリコン膜を形成するに
は、例えば半導体基板1をNO、NO 2またはNH3とい
った含窒素ガス雰囲気中で熱処理すれば良い。また、p
ウエル2PWおよびnウエル2NWのそれぞれの表面に
酸化シリコンからなるゲート絶縁膜5を形成した後、半
導体基板1を上記した含窒素ガス雰囲気中で熱処理し、
ゲート絶縁膜5と半導体基板1との界面に窒素を偏析さ
せることによっても、上記と同様の効果を得ることがで
きる。
【0067】また、ゲート絶縁膜5を、例えば窒化シリ
コン膜または酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との複合
絶縁膜で形成しても良い。酸化シリコンからなるゲート
絶縁膜5を二酸化シリコン換算膜厚で5nm未満、特に
3nm未満まで薄くすると、直接トンネル電流の発生や
ストレス起因のホットキャリア等による絶縁耐圧の低下
が顕在化する。窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜より
も誘電率が高いためにその二酸化シリコン換算膜厚を実
際の膜厚よりも薄くすることができる。すなわち、窒化
シリコン膜を有する場合には、物理的(実際)に厚くて
も、相対的に薄い二酸化シリコン膜と同等の容量を得る
ことができる。したがって、ゲート絶縁膜5を単一の窒
化シリコン膜あるいはそれと酸化シリコン膜との複合膜
で構成することにより、その実効膜厚を、酸化シリコン
膜で構成されたゲート絶縁膜よりも厚くすることができ
るので、トンネル漏れ電流の発生やホットキャリアによ
る絶縁耐圧の低下を改善することができる。
【0068】負荷用MISQL1,QL2のゲート電極
6aは、例えば低抵抗多結晶シリコン膜上に、例えばコ
バルトシリサイドからなるシリサイド膜7が形成され
た、いわゆるポリサイド構造で構成されている。このよ
うにゲート電極6aの上部にシリサイド膜7を設けたこ
とにより、ゲート電極6aの抵抗を、シリサイド膜7を
設けない場合に比べて大幅に下げることができる。ま
た、配線との接触抵抗や寄生抵抗を下げることもでき
る。したがって、SRAMの動作速度の向上を推進させ
ることができる。ゲート電極6aの上部のシリサイド膜
7は、上記一対のp+型半導体領域4の上部のシリサイ
ド膜7と同工程時に形成されている。なお、ゲート電極
6a上部のシリサイド膜7も、例えばタングステンシリ
サイド、チタンシリサイドまたはモリブデンシリサイド
で形成することもできる。ゲート電極6aの側面には、
例えば酸化シリコンまたは窒化シリコンからなるサイド
ウォール(側壁絶縁膜)8が形成されている。
【0069】このゲート電極6aは、上記ポリサイド構
造に限定されるものではなく種々変更可能であり、例え
ば多結晶シリコン膜上に、窒化タングステンや窒化チタ
ン等のようなバリア膜を介してタングステン、チタンま
たはモリブデン等のような金属膜を堆積してなる、いわ
ゆるポリメタル構造としても良い。この場合、ゲート電
極6aの抵抗をポリサイド構造に比べて大幅に低減でき
る。後述するようにゲート電極6aは配線の一部でもあ
る。すなわち、その配線をポリメタル構造とすることに
より、その配線の抵抗を大幅に低減できる。したがっ
て、半導体集積回路装置の動作速度の向上を推進させる
ことが可能となる。
【0070】また、多結晶シリコン膜上に、上記SiG
e層を積み重ねることでゲート電極6aを構成しても良
い。この場合、Geの濃度は、ゲート電極6aの仕事関
数をn型多結晶シリコンの仕事関数(約4.15V)と
p型多結晶シリコンの仕事関数(約5.15V)との間
の値に設定することの容易性から40%以上とすること
が好ましい。同一半導体基板にpMISおよびnMIS
を有する場合、半導体基板の不純物濃度を高くすること
なくpMISおよびnMISのしきい値電圧の低下を防
止すべく、各々のMISのゲート電極に別々の不純物を
導入する技術(いわゆるデュアルゲート構造)がある。
しかし、その技術では、不純物の打ち分けが必要なの
で、製造工程が増加する問題がある。また、別々の不純
物が導入された同一の膜を一度にエッチングするので、
加工寸法にばらつきが生じ、ゲート電極の加工寸法精度
が劣化する問題がある。これに対して、SiGe層をゲ
ート電極として用いた場合には、その仕事関数をn型多
結晶シリコンの仕事関数とp型多結晶シリコンの仕事関
数との間の値に設定できるので、上述のような別々の不
純物を導入する工程が必要なくなる。したがって、CM
IS型SRAMセルを有する半導体集積回路装置の製造
工程の簡略化が可能となる。また、製造工程を簡略化で
きるので、半導体集積回路装置のコストを低減させるこ
とが可能となる。さらに、ゲート電極の加工寸法精度を
向上させることができる。このため、CMIS型SRA
Mセルを有する半導体集積回路装置の性能を向上させる
ことが可能となる。また、CMIS型SRAMセルを有
する半導体集積回路装置の歩留まりを向上させることが
可能となる。また、多結晶シリコン膜上にSiGe層を
介して多結晶シリコン膜を設け、その最上の多結晶シリ
コン膜の上部に上記シリサイド膜7を形成することもで
きる。この場合、上記SiGe層を用いた場合の効果に
加えて、接触抵抗、寄生容量等の低減の効果も得られ
る。
【0071】次に、駆動用MISQd1,Qd2につい
て説明する。駆動用MISQd1,Qd2は、上記のよ
うにnMISからなり、ソース・ドレイン用の一対のn
+型半導体領域9a,9bと、ゲート絶縁膜5と、ゲー
ト電極6bとを有している。一対のn+型半導体領域9
a,9bは、半導体基板1のpウエル2PWに、例えば
リンまたはヒ素が導入されて形成されている。本実施の
形態1においては、上記したように駆動用MISQd
1,Qd2の一対のn+型半導体領域9a,9bがオフ
セット構造となっている。すなわち、一対のn+型半導
体領域9a,9bにおいてチャネル側端部が、ゲート電
極6bと重ならないように、ゲート電極6bの側面の端
部から遠ざかる方向に向かって所定の長さだけ離れて
(ずれて)いる(図15、図19および図20参照)。
これにより、駆動用MISQL1,L2においても、デ
ータ保持状態時におけるGIDL電流を低減できる。し
たがって、SRAMセルMCのデータ保持状態時のリー
ク電流を低減でき、半導体集積回路装置全体の消費電力
を低減できる。このよう駆動用MISQd1,d2の一
対のn+型半導体領域9a,9bの上部には、上記シリ
サイド膜7が形成されている。これにより、配線との接
触抵抗や寄生容量等を低減させることが可能となってい
る。
【0072】駆動用MISQd1,Qd2のゲート絶縁
膜5およびゲート電極6bは、上記負荷用MISQL
1,QL2のゲート絶縁膜5およびゲート電極6aと同
一形成工程時に形成され、その構成材料および構造は、
上記負荷用MISQL1,QL2のゲート絶縁膜5およ
びゲート電極6aと同じなので、その説明を省略する。
ただし、上記負荷用MISQL1,QL2および駆動用
MISQd1,Qd2のゲート電極6a,6bは、平面
略Y字状の配線6,6の一部に形成されている。すなわ
ち、一方の配線6は、負荷用MISQL1および駆動用
MISQd1のゲート電極6a,6bを直線状に結ぶ配
線部分と、それに対して斜め方向に延び、駆動用MIS
Qd2の一方のn型半導体領域9bに電気的に接続され
る配線部分とを有している。また、これと対をなす他方
の配線6は、負荷用MISQL2および駆動用MISQ
d2のゲート電極6a,6bを直線状に結ぶ配線部分
と、それに対して斜め方向に延び、負荷用MISQL1
の一方のp型半導体領域4に電気的に接続される配線部
分とを有している。なお、配線6の材料や構造は、ゲー
ト電極6a,6bと同じである。
【0073】特に限定されるものではないが、負荷用M
ISQL1,QL2および駆動用MISQd1,Qd2
の各部の寸法および不純物濃度の一例を図20に参考と
して記載する。ゲート長Lg1は、例えば0.16μm
程度、サイドウォール8の幅SLは、例えば0.07μ
m程度である。ソース・ドレイン用のp+型半導体領域
4およびn+型半導体領域9a,9bの深さ(半導体基
板1の主面からpn接合の空乏層までの長さ)d1は、
例えば200nm程度である。チャネル領域CHでの不
純物濃度は、例えば2×1018/cm3程度である。ソ
ース・ドレイン用のp+型半導体領域4およびn+型半導
体領域9a,9bのチャネル側端部の領域Aでの不純物
濃度は、例えば5×1018/cm3程度、領域B(一般
的に低不純物濃度領域と高不純物濃度領域とが重なる領
域)での不純物濃度は、例えば1×1020/cm3
度、その領域Bより下層の領域C(高不純物濃度の半導
体領域のみの領域)での不純物濃度は、例えば1×10
18/cm3程度である。
【0074】次に、選択用MISQt1,Qt2につい
て説明する。選択用MISQt1,Qt2は、上記した
ようにnMISからなり、ソース・ドレイン用の一対の
n型半導体領域10a,10bと、ゲート絶縁膜5と、
ゲート電極11とを有している。ここでは、選択用MI
SQt1,Qt2の一対のn型半導体領域10a,10
bが、図11で示したように非オフセット構造となって
いる場合が例示されている。すなわち、選択用MISQ
t1,Qt2は通常のMISと同じ構造となっている。
したがって、上記したように読み出しや書き込み時間を
遅延させることなく、消費電力の低減が可能となってい
る。
【0075】一対の半導体領域10a,10bは、それ
ぞれ相対的に高不純物濃度のn+型半導体領域9b,9
cと、そのチャネル側端部に設けられた相対的に低不純
物濃度のn-型半導体領域9d,9dとを有している。
+型半導体領域9b,9cおよびn-型半導体領域9
d,9dは、いずれもpウエル2PWに、例えばリンま
たはヒ素が導入されて形成されている。n-型半導体領
域9d,9dは、上記LDD用の半導体領域として主に
機能する領域である。n-型半導体領域9d,9dにお
いて、選択用MISQt1,Qt2のチャネル側の端部
は、ゲート電極11に部分的に所定長さだけ重なるか、
または、ゲート電極11の両端部にほぼ一致するように
なっている(図16、図23および図24参照)。一
方、n+型半導体領域9b,9cは、そのチャネル側端
部が、ほぼサイドウォール8の幅分だけゲート電極11
の両端から遠ざかるように形成されている。このn+
半導体領域9b,9dの上部には、上記シリサイド膜7
が形成されている。これにより、配線との接触抵抗や寄
生容量等を低減させることが可能となっている。
【0076】選択用MISQt1,Qt2のゲート絶縁
膜5およびゲート電極11は、上記負荷用MISQL
1,QL2のゲート絶縁膜5およびゲート電極6aと同
一形成工程時に形成され、その構成材料や構造は、上記
負荷用MISQL1,QL2のゲート絶縁膜5およびゲ
ート電極6aと同じなので、その説明を省略する。ただ
し、上記選択用MISQt1,Qt2のゲート電極1
1,11は、同一のワード線WLの一部で形成されてい
る。ワード線WLは、図14の左右横方向に略直線状に
延びる帯状のパターンで形成されている。ワード線WL
は、SRAMセルの形成領域の端から端まで一体的に延
在形成されている。このため、このワード線WLを上記
ポリサイド構造とすることにより、その配線抵抗を低減
できるので、SRAMの動作速度を向上させることが可
能となる。また、ワード線WLを上記ポリメタル構造と
することにより、その配線抵抗をさらに低減できるの
で、さらにSRAMの動作速度を向上させることが可能
となる。また、ワード線WLの線長限界を増加できるの
で、素子集積度の向上を図ることができ、SRAMの記
憶容量を増大させることが可能となる。なお、ワード線
WLの線幅は、例えば0.25μm程度である。
【0077】次に、SRAMの周辺回路または同一半導
体チップ内に論理回路がある場合はその論理回路を構成
するnMISQnおよびpMISQpについて説明す
る。nMISQnおよびpMISは、上記したように非
オフセット構造となっている。したがって、その周辺回
路や論理回路での動作速度を確保することができ、半導
体集積回路装置の動作速度も確保することが可能となっ
ている。
【0078】nMISQnは、ソース・ドレイン用の一
対のn型半導体領域12,12と、ゲート絶縁膜5と、
ゲート電極13とを有している。一対のn型半導体領域
12,12は、nMISQnのチャネル側に設けられた
相対的に低不純物濃度のn-型半導体領域12a,12
aと、これに接続される相対的に高不純物濃度のn+
半導体領域12b,12bとを有している。n-型半導
体領域12aおよびn+型半導体領域12bは、いずれ
もpウエル2PWに、例えばリンまたはヒ素が導入され
て形成されている。
【0079】n-型半導体領域12aは、上記LDD用
の半導体領域として主に機能する領域であり、そのチャ
ネル側の端部は、ゲート電極13に部分的に所定長さだ
け重なるか、または、ゲート電極13の両端部にほぼ一
致するようになっている(図17、図23および図24
参照)。一方、n+型半導体領域12bは、そのチャネ
ル側端部が、ほぼサイドウォール8の幅分だけゲート電
極13の両端から遠ざかるように形成されている。この
+型半導体領域12bの上部には、上記シリサイド膜
7が形成されている。これにより、配線との接触抵抗や
寄生容量等を低減させることが可能となっている。
【0080】特に限定されるものではないが、選択用M
ISQt1,Qt2およびnMISQnの各部の寸法お
よび不純物濃度の一例を図24に参考として記載する。
ゲート長Lg1、サイドウォール8の幅、ソース・ドレ
イン用のn+型半導体領域9b,9c,12bの深さ
(半導体基板1の主面からpn接合の空乏層までの長
さ)d1およチャネル領域CHでの不純物濃度は、図2
0で説明したのと同じである。n-型半導体領域9d,
12aの深さ(半導体基板1の主面からpn接合の空乏
層までの長さ)d2は、例えば50nm程度である。ま
た、n-型半導体領域9d,12aの不純物濃度は、例
えば1×1019/cm3程度である。ソース・ドレイン
用の一対の半導体領域10a,10b,12の主面側の
領域B(一般的に低不純物濃度の半導体領域と高不純物
濃度の半導体領域とが重なる領域)での不純物濃度は、
例えば1×1020/cm3程度、その領域Bより下層の
領域C(高不純物濃度の半導体領域のみの領域)での不
純物濃度は、例えば1×1018/cm3程度である。
【0081】一方、pMISQpは、ソース・ドレイン
用の一対のn型半導体領域14,14と、ゲート絶縁膜
5と、ゲート電極15とを有している。一対のp型半導
体領域14,14は、相対的に低不純物濃度のp-型半
導体領域14a,14aと、それに接続された相対的に
高不純物濃度のp+型半導体領域14b,14bとを有
している。p-型半導体領域14aおよびp+型半導体領
域14bは、いずれもnウエル2NWに、例えばホウ素
が導入されて形成されている。p-型半導体領域14a
は、上記LDD用の半導体領域として主に機能する領域
であり、そのチャネル側の端部は、ゲート電極15に部
分的に所定長さだけ重なるか、または、ゲート電極15
の両端部にほぼ一致するようになっている(図17、図
21および図22参照)。一方、p+型半導体領域14
bは、そのチャネル側端部が、ほぼサイドウォール8の
幅分だけゲート電極15の両端から遠ざかるように形成
されている。このp+型半導体領域14bの上部には、
上記シリサイド膜7が形成されている。これにより、配
線との接触抵抗や寄生容量等を低減させることが可能と
なっている。なお、このようなnMISQnおよびpM
ISQpのゲート絶縁膜5およびゲート電極13,15
は、上記負荷用MISQL1,QL2と同一形成工程時
に形成され、その材料および構成は、上記負荷用MIS
QL1,QL2のゲート絶縁膜5およびゲート電極6a
と同じなので、その説明は省略する。
【0082】特に限定されるものではないが、pMIS
Qpの各部の寸法および不純物濃度の一例を図22に参
考として記載する。ゲート長Lg1、サイドウォール8
の幅、ソース・ドレイン用のp+型半導体領域14bの
深さ(半導体基板1の主面からpn接合の空乏層までの
長さ)d1、チャネル領域CHでの不純物濃度および半
導体領域14の領域B,Cの不純物濃度は、図20で説
明したのと同じである。p-型半導体領域14aの深さ
(半導体基板1の主面からpn接合の空乏層までの長
さ)d2は、例えば100nm程度である。また、p-
型半導体領域14aの不純物濃度は、例えば1×1019
/cm3程度である。
【0083】このような半導体基板1の主面上には、例
えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜16が堆積されて
いる。層間絶縁膜16には、コンタクトホール17が穿
孔されている。コンタクトホール17のうち、SRAM
セルMCのコンタクトホール17aからはn+型半導体
領域9bと配線6との両方の一部が露出されている(図
14および図15参照)。また、SRAMセルMCのコ
ンタクトホール17bからはn+型半導体領域4と配線
6との両方の一部が露出されている(図14参照)。こ
のコンタクトホール17内には、プラグ18が埋め込ま
れている。プラグ18は、例えばタングステン等からな
る。このプラグ18は、上記各MISのソース・ドレイ
ン用の半導体領域やゲート電極と電気的に接続されてい
る。コンタクトホール17a内に埋め込まれたプラグ1
8は、n+型半導体領域9bと配線6とを電気的に接続
している。また、コンタクトホール17b内に埋め込ま
れたプラグ18は、p+型半導体領域4と配線6とを電
気的に接続している。層間絶縁膜16上には、第1層配
線19が形成されている。第1層配線19は、例えば窒
化チタン膜上に、アルミニウム−シリコン−銅合金膜を
介してチタン膜が積み重ねられてなり、上記プラグ18
を通じて、上記各MISのソース・ドレイン用の半導体
領域やゲート電極と電気的に接続されている。コンタク
トホール17a内のプラグ18は第1層配線19aを通
じてコンタクトホール17c内のプラグ18と電気的に
接続されている。また、コンタクトホール17b内のプ
ラグ18は第1層配線19を通じてコンタクトホール1
7d内のプラグ18と電気的に接続されている。
【0084】次に、本実施の形態1の半導体集積回路装
置の製造方法の一例を図25〜図28によって説明す
る。なお、図25〜図28においては、説明を簡単にす
るため、pMIS部分を抜き出して説明するがnMIS
についても同じである。また、図25〜図28におい
て、(a)はSRAMセル、周辺回路および同一半導体
チップに論理回路がある場合にはその論理回路の非オフ
セット構造のpMIS形成領域を示し、(b)はSRA
Mセルのオフセット構造のpMIS形成領域を示してい
る。
【0085】まず、図25に示すように、半導体基板1
にnウエル2NWを形成した後、上記ゲート絶縁膜5お
よびゲート電極15,6aを形成する。なお、このゲー
ト電極15,6aは、ゲート電極形成用の導体膜を堆積
した後、これを同一パターニング工程時にパターニング
することで形成する。また、この段階のゲート電極1
5,6aには上記シリサイド膜は形成されていない。続
いて、半導体基板1の主面上にフォトレジストパターン
20aを形成する。このフォトレジストパターン20a
は、オフセット構造のpMIS形成領域を覆い、非オフ
セット構造のpMIS形成領域が露出されるようにパタ
ーン形成されている。その後、半導体基板1に、例えば
ホウ素をイオン注入法等によって導入することにより、
非オフセット構造のpMIS形成領域に低不純物濃度の
-型半導体領域14aをゲート電極15に対して自己
整合的に形成する。
【0086】次いで、フォトレジストパターン20aを
除去した後、半導体基板1の主面上に、例えば酸化シリ
コンからなる絶縁膜をCVD(Chemical Vapor Deposit
ion)法等によって堆積し、さらにこれを異方性のドラ
イエッチング法等によってエッチバックすることによ
り、図26に示すように、ゲート電極6a,15の側面
にサイドウォール8を形成する。続いて、図27に示す
ように、半導体基板1に、例えばホウ素をイオン注入法
等によって導入することにより、非オフセット構造のp
MIS形成領域およびSRAMセルのオフセット構造の
pMIS形成領域に、それぞれ高不純物濃度のp+型半
導体領域14b,4をゲート電極15,6aおよびサイ
ドウォール8に対して自己整合的に形成する。オフセッ
ト構造のpMIS(負荷用MISQL1,L2)では、
+型半導体領域4のチャネル側端部がゲート電極6a
の両端から所定の長さ分だけ離れて形成されている。こ
のようにして、非オフセット構造のpMISQpおよび
オフセット構造のpMIS(負荷用MISQL1,L
2)を形成する。その後、図28に示すように、半導体
基板1の主面上に、例えばコバルト等からなる導体膜2
1をスパッタリング法等によって堆積した後、不活性ガ
ス雰囲気中において熱処理を施すことにより、図導体膜
21と半導体基板1およびゲート電極6a、15等との
接触界面にコバルトシリサイド等のような上記シリサイ
ド膜7を自己整合的に形成する(サリサイドプロセ
ス)。
【0087】(実施の形態2)本実施の形態2は、前記
実施の形態1のGIDL電流対策の変形例を説明するも
のであって、オフセット構造のMISのソース・ドレイ
ンが低不純物濃度の半導体領域と高不純物濃度の半導体
領域とを有する場合について説明する。
【0088】図29(a)は、本実施の形態2のオフセ
ット構造のMISとして前記駆動用MISQd1,Qd
2を例示し、同図(b)は非オフセット構造のMISと
して前記nMISQnおよび選択用MISQt1,Qt
2を例示している。なお、ここではnMISを例示した
が、pMISについてもここで説明するGIDL電流対
策をしたnMISおよびGIDL対策をしないnMIS
と同様の構造にすることができる。
【0089】図29(a)に示すように、駆動用MIS
Qd1,Qd2のソース・ドレイン用の一対の半導体領
域は、チャネル側に配置されたn-型半導体領域9e
と、それに接続されたn+型半導体領域9aとを有して
いる。n-型半導体領域9eは、その不純物濃度が、n+
型半導体領域9aの不純物濃度よりも低く、図29
(b)の非オフセット構造のnMISQnのn-型半導
体領域9dおよび選択用MISQt1,Qt2のn-
半導体領域12aの不純物濃度と同程度に設定されてい
る。このn-型半導体領域9eのチャネル側端部は、G
IDL電流対策としてゲート電極6bの両端部から遠ざ
かる方向に所定の長さだけ離れている(オフセット構
造)。なお、図29(b)のnMISQnおよび選択用
MISQt1,Qt2の構造は前記したのと同じなので
説明を省略する。
【0090】このような本実施の形態2によれば、前記
実施の形態1で得られた効果の他に以下の効果が得られ
る。 (1).SRAMセルMCのオフセット構造のMISのチャ
ネルにおける寄生抵抗を低減できるので、ドレイン電流
を増大させることができる。このため、SRAMセルM
Cの読み出し動作や書き込み動作等の速度を向上させる
ことができ、複数のSRAMセルMCを有する半導体集
積回路装置の動作速度を向上させることが可能となる。 (2).SRAMセルMCのオフセット構造のMISのソー
ス・ドレインに低不純物濃度の半導体領域を設けたこと
により、ホットエレクトロン効果を緩和できるので、そ
のMISの動作信頼性を向上させることが可能となる。
【0091】(実施の形態3)本実施の形態3は、前記
実施の形態1の変形例を説明するものであって、前記G
IDL電流対策として、そのMISのソース・ドレイン
用の低不純物濃度の半導体領域の不純物濃度を、GID
L電流対策を必要としないMISのソース・ドレイン用
の低不純物濃度の半導体領域の不純物濃度よりも低くす
る場合について説明する。
【0092】図30(a)は、本実施の形態3のGID
L電流対策用のMISとして前記駆動用MISQd1,
Qd2を例示し、同図(b)は、そのGIDL電流対策
用のMISと駆動電源電圧を同一とするMISであっ
て、GIDL電流対策をしていないnMISQnおよび
選択用MISQt1,Qt2を例示している。なお、こ
こでもnMISを例示したが、pMISについてもここ
で説明するGIDL電流対策をしたnMISおよびGI
DL対策をしないnMISと同様の構造にすることがで
きる。
【0093】図30(a)に示すように、駆動用MIS
Qd1,Qd2のソース・ドレイン用の一対の半導体領
域は、チャネル側に配置されたn-型半導体領域9f
と、それに接続されたn+型半導体領域9aとを有して
いる。n-型半導体領域9fは、その不純物濃度が、n+
型半導体領域9aの不純物濃度よりも低く、図30
(b)の非オフセット構造のnMISQnのn-型半導
体領域9dおよび選択用MISQt1,Qt2のn-
半導体領域12aの不純物濃度よりも低く設定されてい
る。このGIDL電流対策を必要とする駆動用MISQ
d1,Qd2におけるn-型半導体領域9fのチャネル
側端部は、ゲート電極6bと部分的に重なるか、また
は、ゲート電極両端部とほぼ同じ位置になるように形成
されている。すなわち、非オフセット構造となってい
る。しかし、ここでは、n-型半導体領域9fの不純物
濃度を、nMISQnのn-型半導体領域9dおよび選
択用MISQt1,Qt2のn-型半導体領域12aの
不純物濃度よりも下げていることにより、本構造を採用
しない場合に比べて、SRAMセルMCのデータ保持状
態(スタンバイ状態)時におけるGIDL電流を低減さ
せることが可能となる。なお、図30(b)のnMIS
Qnおよび選択用MISQt1,Qt2の構造は前記し
たのと同じなので説明を省略する。
【0094】このような本実施の形態3においては、以
下の効果を得ることが可能となる。 (1).SRAMセルMCのMISに対してGIDL電流対
策を施しながら、そのソース・ドレインの構造を非オフ
セット構造としていることにより、SRAMセルMCの
データ保持状態時のGIDL電流を抑えて消費電力を低
減つつ、SRAMセルMCのMISでのドレイン電流を
向上させて読み出し動作や書き込み動作等の速度を向上
させることが可能となる。 (2).SRAMセルMCのMISに低不純物濃度の半導体
領域を設けたことにより、前記実施の形態2と同様に、
SRAMセルMCのMISのホットエレクトロン効果を
緩和できるので、そのMISの動作信頼性を向上させる
ことが可能となる。
【0095】(実施の形態4)本実施の形態4は、オフ
セット構造のMISの変形例を説明するものであって、
GIDL電流対策として、そのMISのゲート絶縁膜
を、相対的に厚くする場合について説明する。
【0096】図31(a)は、本実施の形態4のGID
L電流対策用のMISとして前記駆動用MISQd1,
Qd2を例示し、同図(b)は、そのGIDL電流対策
用のMISと駆動電源電圧を同一とするMISであっ
て、GIDL電流対策をしていないnMISQnおよび
選択用MISQt1,Qt2を例示している。なお、こ
こでもnMISを例示したが、pMISについてもここ
で説明するGIDL電流対策をしたnMISおよびGI
DL対策をしないnMISと同様の構造にすることがで
きる。
【0097】図31(a)に示すように、駆動用MIS
Qd1,Qd2のソース・ドレイン用の一対の半導体領
域は、チャネル側に配置されたn-型半導体領域9g
と、それに接続されたn+型半導体領域9aとを有して
いる。このn-型半導体領域9gのチャネル側端部は、
ゲート電極6bの両端とほぼ一致する位置またはゲート
電極6bの一部に重なるようになっている(非オフセッ
ト構造)。このn-型半導体領域9gの不純物濃度は、
+型半導体領域9aの不純物濃度よりも低いが、図3
1(b)のnMISQnのn-型半導体領域9dおよび
選択用MISQt1,Qt2のn-型半導体領域12a
の不純物濃度と等しい。すなわち、駆動用MISMIS
Qd1,Qd2のソース・ドレイン用の一対の半導体領
域の構造は、nMISQnおよび選択用MISQt1,
Qt2のソース・ドレイン用の一対の半導体領域の構造
と同じである。
【0098】ここでは、GIDL電流の対策として、駆
動用MISQd1,Qd2のゲート絶縁膜22の膜厚
(二酸化シリコン膜換算膜厚)が、nMISQnおよび
選択用MISQt1,Qt2のゲート絶縁膜5の膜厚
(二酸化シリコン膜換算膜厚)よりも厚くなっている。
これにより、半導体基板1側に印加される電界を緩和さ
せることができるので、SRAMセルMCのデータ保持
状態時におけるGIDL電流を低減できる。本実施の形
態4と、前記実施の形態1〜3のいずれかとを組み合わ
せることも可能である。その場合も同様の効果が得られ
る。なお、図31(b)のnMISQnおよび選択用M
ISQt1,Qt2の構造は前記したのと同じなので説
明を省略する。
【0099】次に、このようなSRAMを有する半導体
集積回路装置の製造方法の一例を図32〜図35によっ
て説明する。図32〜図35の(a)は、本実施の形態
4のGIDL電流対策用のMISの形成領域を示し、図
32〜図35の(b)は、そのGIDL電流対策用のM
ISと駆動電源電圧を同一とするMISであって、GI
DL電流対策をしていないMISの形成領域を示してい
る。
【0100】まず、図32(a)、(b)に示すよう
に、半導体基板1の主面上に、熱酸化法等によってゲー
ト絶縁膜5を形成する。この段階では、GIDL電流対
策用のMISの形成領域およびGIDL電流対策をして
いないMISの形成領域の両方にゲート絶縁膜23を形
成する。
【0101】続いて、図33(a)、(b)に示すよう
に、GIDL電流対策用のMISの形成領域が被覆さ
れ、GIDL電流対策をしていないMISの形成領域が
露出されるようなフォトレジストパターン20bを形成
した後、これをエッチングマスクとして、そこから露出
するゲート絶縁膜23をフッ酸(HF)等によってエッ
チング除去する。
【0102】その後、フォトレジストパターン20bを
除去した後、半導体基板1に対して再度熱酸化処理を施
すことにより、図34(a)、(b)に示すように、G
IDL電流対策用のMISの形成領域にゲート絶縁膜2
3,5の積層膜(すなわち、ゲート絶縁膜22)を形成
し、GIDL電流対策をしていないMISの形成領域に
ゲート絶縁膜5を形成する。このようにすることで、G
IDL電流対策用のMISの形成領域に相対的に厚いゲ
ート絶縁膜22を形成する。
【0103】次いで、ゲート絶縁膜5,22上に、ゲー
ト電極形成用の導体膜を堆積した後、これを通常のフォ
トリソグラフィ技術およびドライエッチング技術によっ
てパターニングすることにより、図35(a)、(b)
に示すように、ゲート電極6b,11,13を形成す
る。なお、この段階ではゲート電極6b,11,13の
上面には上記シリサイド膜は形成されていない。
【0104】続いて、ゲート電極6b,11,13をマ
スクとして、例えばリンまたはヒ素を導入することによ
り、図31(a),(b)に示した低不純物濃度のn-
型半導体領域9b,9g,12bを同工程時にゲート電
極6b,11,13に対して自己整合的に形成する。n
-型半導体領域9b,9g,12bは非オフセット構造
となっている。
【0105】その後、ゲート電極6b,11,13の側
面に前記実施の形態1と同様に、サイドウォール8を形
成した後、ゲート電極6b,11,13およびサイドウ
ォール8をマスクとして、例えばリンまたはヒ素を導入
することにより、高不純物濃度のn+型半導体領域9
a,9b,12bを同工程時にゲート電極6b,11,
13に対して自己整合的に形成する。これ以降は、前記
実施の形態1と同じなので説明を省略する。
【0106】SRAMを有する半導体集積回路装置の製
造工程においては、同一半導体基板内に厚さの異なるゲ
ート絶縁膜を形成する場合がある。例えば相対的に高速
動作を必要とするMISのゲート絶縁膜を、相対的に高
耐圧を必要とするMISのゲート絶縁膜よりも薄くする
場合等がある。その場合のプロセスに本実施の形態4の
プロセスを適用することにより、プロセスの増加を招く
ことなく、SRAMを有する半導体集積回路装置を製造
することができる。
【0107】このような本実施の形態4においては、以
下の効果を得ることが可能となる。 (1).SRAMセルMCのMISに対してGIDL電流対
策を施しながら、そのソース・ドレインの構造をSRA
MセルMC以外の通常のMISと同じ非オフセット構造
としていることにより、SRAMセルMCのデータ保持
状態時のGIDL電流を抑えて消費電力を低減つつ、読
み出し動作や書き込み動作等の速度を向上させることが
可能となる。 (2).SRAMセルMCのMISに低不純物濃度の半導体
領域を設けたことにより、前記実施の形態2と同様に、
SRAMセルMCのMISのホットエレクトロン効果を
緩和できるので、そのMISの動作信頼性を向上させる
ことが可能となる。 (3).SRAMセルMCのGIDL電流対策をしたMIS
のソース・ドレイン領域を、GIDL電流対策をしない
MISのソース・ドレイン領域と同工程時に形成でき
る。 (4).上記(3)により、SRAMを有する半導体集積回路
装置の開発または製造時間を短縮させることが可能とな
る。 (5).上記(3)により、SRAMを有する半導体集積回路
装置の製造コストを低減させることが可能となる。
【0108】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0109】例えば半導体基板としては、前記したよう
にSOI基板を用いても良い。すなわち、半導体基板
を、酸化シリコン膜等からなる埋め込み絶縁層上に、単
結晶シリコンからなる素子形成用の半導体層を設ける構
造としても良い。この場合、寄生容量、寄生抵抗および
寄生コンダクタンスを低減できるので、半導体集積回路
装置の動作速度を向上させることができる。また、ラッ
チアップを防止できるので、半導体集積回路装置の信頼
性を向上させることができる。
【0110】また、半導体基板の主面にエピタキシャル
層を設けた、いわゆるエピタキシャルウエハを用いても
良い。この場合、ゲート絶縁膜の膜質を向上させること
ができるので、半導体集積回路装置の性能および信頼性
を向上させることが可能となる。
【0111】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるSRA
M内蔵のマイクロプロセッサに適用した場合について説
明したが、それに限定されるものではなく、例えばSR
AMを内蔵する他の半導体集積回路装置やSRAM単体
にも適用できる。
【0112】
【発明の効果】本願によっ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、
以下の通りである。 (1).本発明によれば、相補型電界効果トランジスタ構造
のSRAMセルの少なくとも1つの電界効果トランジス
タにおけるソース・ドレイン用の一対の半導体領域をオ
フセット構造としたことにより、SRAMセルにおける
GIDL電流を低減することができるので、複数のSR
AMセルを有する半導体集積回路装置の消費電力を大幅
に低減させることが可能となる。 (2).本発明によれば、相補型電界効果トランジスタ構造
のSRAMセルの少なくとも1つの電界効果トランジス
タのゲート絶縁膜を、その電界効果トランジスタと同一
電源電圧が供給される他の電界効果トランジスタのゲー
ト絶縁膜よりも厚くしたことにより、SRAMセルにお
けるGIDL電流を低減することができるので、複数の
SRAMセルを有する半導体集積回路装置の消費電力を
大幅に低減させることが可能となる。 (3).本発明によれば、相補型電界効果トランジスタ構造
のSRAMセルの少なくとも1つの電界効果トランジス
タのソース・ドレイン用の一対の半導体領域における低
不純物濃度の半導体領域の不純物濃度を、その電界効果
トランジスタと同一電源電圧が供給される他の電界効果
トランジスタのソース・ドレイン用の一対の半導体領域
における低不純物濃度の半導体領域の不純物濃度よりも
低くしたことにより、SRAMセルにおけるGIDL電
流を低減することができるので、複数のSRAMセルを
有する半導体集積回路装置の消費電力を大幅に低減させ
ることが可能となる。 (4).本発明によれば、相補型電界効果トランジスタ構造
のSRAMセルを構成する電界効果トランジスタ以外の
電界効果トランジスタにおけるソース・ドレイン用の一
対の半導体領域を非オフセット構造としたことにより、
SRAMを有する半導体集積回路装置の高速動作を実現
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】オフセット構造を定義するための説明図であ
る。
【図2】図1の等価回路図である。
【図3】図1および図2のモデルを用いて得られたオフ
セット量算出用のグラフ図である。
【図4】図1および図2のモデルを用いて得られたオフ
セット量算出用のグラフ図である。
【図5】本発明者らが本発明をするのに用いたnチャネ
ル型の電界効果トランジスタのモデルであってGIDL
電流の説明図である。
【図6】(a),(b)は図5のA−A線の各条件での
半導体エネルギバンド図、(c)は(b)の拡大図であ
る。
【図7】図5の電界効果トランジスタにおけるリーク電
流を説明する図であって図5の要部拡大断面図である。
【図8】図5の電界効果トランジスタの電流電圧特性を
示すグラフ図である。
【図9】SRAMセルの回路図である。
【図10】(a),(b)は、オフセット構造の電界効
果トランジスタの電流電圧特性を示すグラフ図である。
【図11】本発明の一実施の形態である半導体集積回路
装置のSRAMセルの回路図である。
【図12】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置のSRAMセルの回路図である。
【図13】本発明のさらに他の実施の形態である半導体
集積回路装置のSRAMセルの回路図である。
【図14】図11の半導体集積回路装置のSRAMセル
の平面図である。
【図15】図14のA−A線の断面図である。
【図16】図14のB−B線の断面図である。
【図17】本実施の形態の半導体集積回路装置のSAR
AMセル以外の部分の半導体基板の要部断面図である。
【図18】本実施の形態の半導体集積回路装置のSRA
Mセルにおけるオフセット構造のpチャネル型電界効果
トランジスタの断面図である。
【図19】本実施の形態の半導体集積回路装置のSRA
Mセルにおけるオフセット構造のnチャネル型電界効果
トランジスタの断面図である。
【図20】図18および図19の電界効果トランジスタ
の寸法や不純物濃度の一例を説明するための説明図であ
る。
【図21】本実施の形態の半導体集積回路装置のSRA
Mセル以外の部分における非オフセット構造のpチャネ
ル型電界効果トランジスタの断面図である。
【図22】図21の電界効果トランジスタの寸法や不純
物濃度の一例を説明するための説明図である。
【図23】本実施の形態の半導体集積回路装置の非オフ
セット構造のnチャネル型電界効果トランジスタの断面
図である。
【図24】図23の電界効果トランジスタの寸法や不純
物濃度の一例を説明するための説明図である。
【図25】(a),(b)は本発明の一実施の形態の半
導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図であ
る。
【図26】(a),(b)は図25に続く半導体集積回
路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図27】(a),(b)は図26に続く半導体集積回
路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図28】(a),(b)は図27に続く半導体集積回
路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図29】(a)は本発明の他の実施の形態である半導
体集積回路装置のオフセット構造の電界効果トランジス
タの断面図、(b)は同一半導体集積回路装置における
非オフセット構造の電界効果トランジスタの断面図であ
る。
【図30】(a)は本発明の他の実施の形態である半導
体集積回路装置のGIDL電流対策用の電界効果トラン
ジスタの断面図、(b)は同一半導体集積回路装置にお
ける非GIDL電流対策用の電界効果トランジスタの断
面図である。
【図31】(a)は本発明のさらに他の実施の形態であ
る半導体集積回路装置のGIDL電流対策用の電界効果
トランジスタの断面図、(b)は同一半導体集積回路装
置における非GIDL電流対策用の電界効果トランジス
タの断面図である。
【図32】(a),(b)は図31の半導体集積回路装
置の製造工程中における要部断面図である。
【図33】(a),(b)は図32に続く半導体集積回
路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図34】(a),(b)は図33に続く半導体集積回
路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図35】(a),(b)は図34に続く半導体集積回
路装置の製造工程中における要部断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2PW pウエル 2NW nウエル 3 分離部 4 p+型半導体領域 5 ゲート絶縁膜 6 配線 6a ゲート電極 6b ゲート電極 7 シリサイド膜 8 サイドウォール 9a,9b,9c n+型半導体領域 9d n-型半導体領域 10a、10b 半導体領域 11 ゲート電極 12 半導体領域 12a n-型半導体領域 12b n+型半導体領域 13 ゲート電極 14 半導体領域 14a p-型半導体領域 14b p+型半導体領域 15 ゲート電極 16 層間絶縁膜 17,17a〜17d コンタクトホール 18 プラグ 19,19a,19b 第1層配線 20a,20b フォトレジストパターン 21 導体膜 22,23 ゲート絶縁膜 45 半導体領域 46 ゲート絶縁膜 47 ゲート電極 50 半導体基板 51 半導体領域 51a 半導体領域 51b 半導体領域 52 ゲート絶縁膜 53 ゲート電極 Qp pチャネル型のMIS・FET Qn nチャネル型のMIS・FET MC SRAMセル BL1,BL2 ビット線 WL ワード線 Qd1,Qd2 駆動用MIS・FET QL1,QL2 負荷抵抗用MIS・FET Qt1,Qt2 選択用MIS・FET N1,N2 ノード Vcc 高電位側の電源電圧 GND 低電位側の電源電圧 L 活性領域 CH チャネル領域 Qref MIS・FET Q50 MIS・FET Lg ゲート長 Leff 実効的なチャネル長 ΔL オフセット量 Vg ゲート電圧 Vs ソース電圧 Vds ドレイン電圧 R 抵抗 Ids ドレイン電流 Rtotal チャネル抵抗 Cox ゲート絶縁膜容量 W ゲート幅 Vth しきい値電圧 Igidl GIDL電流 Ich チャネル電流 Isdl リーク電流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/092 H01L 29/78 301L 27/10 461 481 29/78 21/336 Fターム(参考) 5F040 DA01 DA02 DA17 DB03 DC01 DC08 EA08 EA09 EB02 EC01 EC02 EC04 EC07 EC13 ED01 ED03 ED04 ED05 EF02 EH02 EH07 EJ02 EJ03 EK01 EK05 EL02 FA05 FA07 FB02 FC10 FC11 FC19 5F048 AB01 AB03 AC01 AC03 BB01 BB16 BC05 BC06 BC18 BF06 BF07 5F083 BS05 BS14 BS16 BS26 GA06 HA02 JA35 JA36 JA37 JA39 JA53 LA10 LA16 MA05 MA06 MA19 NA01 PR44 PR54 ZA06 ZA12

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に設けられた相補型電界効果
    トランジスタ構成の複数のSRAMセルの各々を構成す
    る複数の電界効果トランジスタのうち、少なくとも1つ
    の第1の電界効果トランジスタのソース又はドレインを
    構成する一対の半導体領域のチャネル側端部を、その電
    界効果トランジスタのゲート電極と重ならないように、
    そのゲート電極の両端部から遠ざかる方向に離して配置
    し、 前記半導体基板に形成された電界効果トランジスタであ
    って、前記第1の電界効果トランジスタ以外の第2の電
    界効果トランジスタを構成する一対の半導体領域のチャ
    ネル側端部を、その電界効果トランジスタのゲート電極
    と一部が重なるように配置したことを特徴とする半導体
    集積回路装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板に設けられた相補型電界効果
    トランジスタ構成の複数のSRAMセルの各々を構成す
    る複数の電界効果トランジスタのうち、少なくとも1つ
    の第1の電界効果トランジスタのソース又はドレイン領
    域とゲート電極とをオフセット構造としたことを特徴と
    する半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板に設けられた相補型電界効果
    トランジスタ構成の複数のSRAMセルの各々を構成す
    る複数の電界効果トランジスタのうち、少なくとも1つ
    の第1の電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さ
    を、前記半導体基板に形成された電界効果トランジスタ
    であって、前記第1の電界効果トランジスタ以外の電界
    効果トランジスタであり、前記第1の電界効果トランジ
    スタと同じ電源電圧が供給される第2の電界効果トラン
    ジスタのゲート絶縁膜よりも厚くしたことを特徴とする
    半導体集積回路装置。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記第1の電界効果トランジスタのソース又はド
    レイン領域とゲート電極とをオフセット構造とし、前記
    第2の電界効果トランジスタのソース又はドレイン領域
    とゲート電極とを非オフセット構造としたことを特徴と
    する半導体集積回路装置。
  5. 【請求項5】 半導体基板に設けられた相補型電界効果
    トランジスタ構成の複数のSRAMセルの各々を構成す
    る複数の電界効果トランジスタのうち、少なくとも1つ
    の第1の電界効果トランジスタのソース又はドレイン用
    の半導体領域は、チャネル側に配置され相対的に不純物
    濃度の低い第1の半導体領域と、前記第1の半導体領域
    に接続され相対的に不純物濃度の高い第2の半導体領域
    とを有し、 前記半導体基板に形成された電界効果トランジスタであ
    って、前記第1の電界効果トランジスタ以外の電界効果
    トランジスタであり、前記第1の電界効果トランジスタ
    と同じ電源電圧が供給される第2の電界効果トランジス
    タのソース又はドレイン用の半導体領域は、チャネル側
    に配置され相対的に不純物濃度の低い第1の半導体領域
    と、前記第1の半導体領域に接続され相対的に不純物濃
    度の高い第2の半導体領域とを有し、 前記第1の電界効果トランジスタの第1の半導体領域の
    不純物濃度を、前記第2の電界効果トランジスタの第1
    の半導体領域の不純物濃度よりも低くしたことを特徴と
    する半導体集積回路装置。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記第1の電界効果トランジスタおよび前記第2
    の電界効果トランジスタのソース又はドレイン領域とゲ
    ート電極とを非オフセット構造としたことを特徴とする
    半導体集積回路装置。
  7. 【請求項7】 請求項5記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記第1の電界効果トランジスタのソース又はド
    レイン領域とゲート電極とをオフセット構造とし、前記
    第2の電界効果トランジスタのソース又はドレイン領域
    とゲート電極とを非オフセット構造としたことを特徴と
    する半導体集積回路装置。
  8. 【請求項8】 請求項5、6または7記載の半導体集積
    回路装置において、前記第1の電界効果トランジスタの
    ゲート絶縁膜を、前記第2の電界効果トランジスタのゲ
    ート絶縁膜よりも厚くしたことを特徴とする半導体集積
    回路装置。
  9. 【請求項9】 請求項1〜8のいずれか1項に記載の半
    導体集積回路装置において、前記SRAMセルの負荷用
    の電界効果トランジスタを、前記第1の電界効果トラン
    ジスタで構成し、前記SRAMセルの駆動用および選択
    用の電界効果トランジスタを、前記第2の電界効果トラ
    ンジスタで構成したことを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  10. 【請求項10】 請求項1〜8のいずれか1項に記載の
    半導体集積回路装置において、前記SRAMセルの負荷
    用および駆動用の電界効果トランジスタを、前記第1の
    電界効果トランジスタで構成し、前記SRAMセルの選
    択用の電界効果トランジスタを、前記第2の電界効果ト
    ランジスタで構成したことを特徴とする半導体集積回路
    装置。
  11. 【請求項11】 請求項1〜8のいずれか1項に記載の
    半導体集積回路装置において、前記SRAMセルの負荷
    用、駆動用および選択用の電界効果トランジスタを、前
    記第1の電界効果トランジスタで構成したことを特徴と
    する半導体集積回路装置。
  12. 【請求項12】 請求項9〜11のいずれか1項に記載
    の半導体集積回路装置において、前記負荷用の電界効果
    トランジスタが、pチャネル型の電界効果トランジスタ
    であることを特徴とする半導体集積回路装置。
  13. 【請求項13】 請求項1〜12のいずれか1項に記載
    の半導体集積回路装置において、前記半導体基板に形成
    されたSRAMセルの周辺回路、前記半導体基板に形成
    されたSRAMセル以外の論理回路またはその両方の回
    路を構成する電界効果トランジスタを、前記第2の電界
    効果トランジスタで構成したことを特徴とする半導体集
    積回路装置。
  14. 【請求項14】 請求項1〜13のいずれか1項に記載
    の半導体集積回路装置において、2次電池で駆動する携
    帯型電子装置に電気的に組み込むことを特徴とする半導
    体集積回路装置。
  15. 【請求項15】 相補型電界効果トランジスタ構成の複
    数のSRAMセルの各々を構成する複数の電界効果トラ
    ンジスタおよび前記SRAMセル以外の回路を構成する
    複数の電界効果トランジスタを半導体基板に形成する工
    程を有し、 前記SRAMセルを構成する複数の電界効果トランジス
    タのうち、少なくとも1つの第1の電界効果トランジス
    タのソース又はドレイン用の半導体領域とゲート電極と
    がオフセットとなり、前記複数の電界効果トランジスタ
    のうち、前記第1の電界効果トランジスタ以外の第2の
    電界効果トランジスタのソース又はドレイン用の半導体
    領域とゲート電極とが非オフセットとなるように、前記
    第1および第2の電界効果トランジスタの半導体領域を
    形成することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
    法。
  16. 【請求項16】 (a)半導体基板に、第1、第2の電
    界効果トランジスタのゲート絶縁膜を形成する工程と、
    (b)前記ゲート絶縁膜上に、前記第1、第2の電界効
    果トランジスタのゲート電極を形成する工程と、(c)
    前記第1の電界効果トランジスタの形成領域を被覆し、
    前記第2の電界効果トランジスタの形成領域が露出され
    るマスクを形成した後、その半導体基板に第1の不純物
    を導入することにより、前記第2の電界効果トランジス
    タのソース又はドレイン用の半導体領域のうち、相対的
    に不純物濃度の低い第1の半導体領域を、前記第2の電
    界効果トランジスタのゲート電極に対して自己整合的に
    形成する工程と、(d)前記第1、第2の電界効果トラ
    ンジスタの各々のゲート電極の側面に側壁絶縁膜を形成
    した後、その半導体基板に第2の不純物を導入すること
    により、前記第1、第2の電界効果トランジスタのソー
    ス又はドレイン用の半導体領域のうち、相対的に不純物
    濃度の高い第2の半導体領域を、前記第1、第2の電界
    効果トランジスタの各々のゲート電極および側壁絶縁膜
    に対して自己整合的に形成する工程とを有することを特
    徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
  17. 【請求項17】 相補型電界効果トランジスタ構成の複
    数のSRAMセルの各々を構成する複数の電界効果トラ
    ンジスタおよび前記SRAMセル以外の回路を構成する
    複数の電界効果トランジスタを半導体基板に形成する工
    程を有し、 前記SRAMセルを構成する複数の電界効果トランジス
    タのうち、少なくとも1つの第1の電界効果トランジス
    タのゲート絶縁膜を、その厚さが、前記第1の電界効果
    トランジスタ以外の電界効果トランジスタであって、前
    記第1の電界効果トランジスタと同一の電源電圧が供給
    される第2の電界効果トランジスタのゲート絶縁膜より
    も厚くなるように形成することを特徴とする半導体集積
    回路装置の製造方法。
  18. 【請求項18】 請求項17記載の半導体集積回路装置
    の製造方法において、(a)前記半導体基板の主面上に
    第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、(b)前記第1
    の電界効果トランジスタ形成領域に形成された前記第1
    のゲート絶縁膜部分を選択的に除去する工程と、(c)
    前記(b)工程後、前記半導体基板の主面上に第2のゲ
    ート絶縁膜を形成する工程とを有することを特徴とする
    半導体集積回路装置の製造方法。
  19. 【請求項19】 請求項17または18記載の半導体集
    積回路装置の製造方法において、前記第1の電界効果ト
    ランジスタのソース又はドレイン用の半導体領域がゲー
    ト電極に対してオフセットとなり、前記第2の電界効果
    トランジスタのソース又はドレイン用の半導体領域がゲ
    ート電極に対して非オフセットとなるように、各々の半
    導体領域を形成することを特徴とする半導体集積回路装
    置の製造方法。
  20. 【請求項20】 請求項15〜19のいずれか1項に記
    載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記SR
    AMセルの負荷用の電界効果トランジスタを、前記第1
    の電界効果トランジスタで形成し、前記SRAMセルの
    駆動用および選択用の電界効果トランジスタを、前記第
    2の電界効果トランジスタで形成することを特徴とする
    半導体集積回路装置の製造方法。
  21. 【請求項21】 請求項15〜19のいずれか1項に記
    載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記SR
    AMセルの負荷用および駆動用の電界効果トランジスタ
    を、前記第1の電界効果トランジスタで形成し、前記S
    RAMセルの選択用の電界効果トランジスタを、前記第
    2の電界効果トランジスタで形成することを特徴とする
    半導体集積回路装置の製造方法。
  22. 【請求項22】 請求項15〜19のいずれか1項に記
    載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記SR
    AMセルの負荷抵抗用、駆動用および選択用の電界効果
    トランジスタを、前記第1の電界効果トランジスタで形
    成することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
    法。
  23. 【請求項23】 請求項20〜22のいずれか1項に記
    載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記負荷
    用の電界効果トランジスタを、pチャネル型の電界効果
    トランジスタで形成することを特徴とする半導体集積回
    路装置の製造方法。
  24. 【請求項24】 請求項15〜23のいずれか1項に記
    載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記半導
    体基板に形成されたSRAMセルの周辺回路、前記半導
    体基板に形成された論理回路またはその両方の回路を構
    成する電界効果トランジスタを、前記第2の電界効果ト
    ランジスタで形成することを特徴とする半導体集積回路
    装置の製造方法。
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