JP2004349718A - 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の製造方法 Download PDF

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修二 池田
Satoshi Meguro
怜 目黒
Masaichiro Asayama
匡一郎 朝山
Eri Fujita
絵里 藤田
Koichiro Ishibashi
孝一郎 石橋
Toshiro Aoto
敏郎 青砥
Sadayuki Morita
貞幸 森田
Atsuyoshi Koike
淳義 小池
Masayuki Kojima
雅之 児島
Yasuo Kiguchi
保雄 木口
Kazuyuki Suko
一行 須向
Fumiyuki Kanai
史幸 金井
Naotaka Hashimoto
直孝 橋本
Toshiaki Yamanaka
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Abstract

【課題】 メモリセルとその他の周辺回路を共にCMOSFETで構成したメモリLSIの集積度を向上させる。
【解決手段】 ワード線WLで制御される転送用MISFETと、駆動用MISFETおよび負荷用MISFETからなるフリップフロップ回路とでメモリセルが構成されたSRAMにおいて、負荷用MISFETの上層を電源電圧線(VCC)25Aで被覆することにより、負荷用MISFETのゲート電極20と電源電圧線(VCC)25Aとの間でスタック構造の容量素子Cを形成する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、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に適用して有効な技術に関するものである。
半導体記憶装置としてのSRAMは、相補性データ線とワード線との交差部にフリップフロップ回路と2個の転送用MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) とで構成されたメモリセルが配置される。
メモリセルの転送用MISFETは、一方の半導体領域がフリップフロップ回路の入出力端子に接続され、他方の半導体領域が相補性データ線に接続される。また、ゲート電極にはワード線が接続され、このワード線により転送用MISFETの導通、非導通が制御される。
メモリセルのフリップフロップ回路は情報蓄積部として構成され、2個の駆動用MISFETと2個の負荷用抵抗素子とで構成される。駆動用MISFETの一方の半導体領域(ドレイン)には転送用MISFETの一方の半導体領域が接続され、他方の半導体領域(ソース)には基準電圧線が接続され、ゲート電極には転送用MISFETの他方の半導体領域が接続される。
負荷用抵抗素子の一端側には転送用MISFETの一方の半導体領域が接続され、他端側には電源電圧線が接続される。負荷用抵抗素子は、メモリセルの占有面積を縮小し、集積度を向上させるために、駆動用MISFETの上部に積層される。
近年、この種のSRAMは、情報の大容量化および動作速度の高速化を図ることを目的として高集積化が進められているが、特開平3−234055号公報(特許文献1)には、SRAMの高集積化に最適な技術が記載されている。
上記公報記載の技術は、メモリセルの駆動用MISFETのゲート電極と転送用MISFETのゲート電極(ワード線)とを異なる導電層で構成し、駆動用MISFETと転送用MISFETとを互いにゲート長方向を交差させて配置し、ワード線を駆動用MISFETのゲート電極のゲート長方向に延在すると共に、このゲート電極の一部に交差させている。
このような技術によれば、メモリセルの駆動用MISFETおよびワード線のそれぞれの一部を重ね合わせることにより、この重ね合わせた領域に相当する分、駆動用MISFETのゲート幅方向においてメモリセルの占有面積を縮小することができるので、SRAMの集積度を向上させることができる。
また、上記公報記載の技術は、メモリセルの第1転送用MISFETのゲート電極上に第1ワード線を接続すると共に、第2転送用MISFETのゲート電極に第1ワード線と離隔し、かつ同一方向に延在する第2ワード線を接続し、この第1ワード線と第2ワード線との間に、第1転送用MISFETの一方の半導体領域にドレイン領域が接続された第1駆動用MISFETと第2転送用MISFETの一方の半導体領域にドレイン領域が接続された第2駆動用MISFETとを配置し、第1転送用MISFETおよび第1駆動用MISFETの平面形状と第2転送用MISFETおよび第2駆動用MISFETの平面形状とをメモリセルの中心点に対して点対称に構成し、さらに第1および第2転送用MISFETのゲート幅寸法を、第1および第2駆動用MISFETのゲート幅寸法に比べて小さく構成している。
このような技術によれば、メモリセル内、特に第1転送用MISFETと第2転送用MISFETとの間および第1駆動用MISFETと第2駆動用MISFETとの間において、フォトリソグラフィ工程での合わせ余裕を大きくすることができるので、各素子の寸法ばらつきを低減し、メモリセルの安定動作を確保できることから、各素子の寸法を縮小してメモリセルの占有面積を縮小し、SRAMの集積度を向上させることができる。
また、このような技術によれば、メモリセル内の第1転送用MISFETおよび第1駆動用MISFETと第2転送用MISFETおよび第2駆動用MISFETとの間の離隔寸法を第1駆動用MISFETと第2駆動用MISFETとの間の素子分離領域の寸法で一義的に律則し、この離隔寸法から無駄な寸法(駆動用MISFETと転送用MISFETの間に相当する空領域)を排除できるので、メモリセルの占有面積を縮小し、SRAMの集積度を向上させることができる。
また、上記公報記載の技術は、メモリセルの2個の転送用MISFETのゲート電極のそれぞれに2本のワード線を接続している。
このような技術によれば、2個の転送用MISFETのゲート電極間を接続するワード線のメモリセル内での引回し(メモリセル当たり1本のワード線の場合)を排除できるので、2本のワード線のそれぞれをほぼ直線で延在し、かつその長さを短くでき、ワード線の抵抗値を低減することができることから、メモリセルの情報の書込み動作および読出し動作を速め、SRAMの動作速度の高速化を図ることができる。
また、上記公報記載の技術は、スタンバイ電流を低減するために、メモリセルのフリップフロップ回路を2個の駆動用MISFETと2個の負荷用MISFETとで構成した、いわゆる完全CMOS構造を採用している。この負荷用MISFETは、メモリセルの占有面積を縮小し、集積度を向上させるために、駆動用MISFETの上部に積層されている。
特開平3−234055号公報
本発明者は、より高集積、高速のSRAMを開発するにあたり、前記従来技術に次のような問題点があることを見出した。
前記従来技術は、メモリセルの駆動用MISFETのゲート電極とその上層に形成された負荷用MISFETのゲート電極との間で容量素子を構成しているため、大容量の容量素子を形成することが困難で、SRAMの微細化に伴い、メモリセルのα線ソフトエラー耐性が不充分になるという問題がある。
また、前記従来技術は、メモリセルの一方の駆動用MISFETのドレイン領域、一方の負荷用MISFETのゲート電極、他方の駆動用MISFETのゲート電極、他方の負荷用MISFETのドレイン領域のそれぞれを複数のコンタクトホールを通じて相互に接続しているため、コンタクトホールの占有面積が大きくなり、これがメモリセルの面積縮小の妨げになるという問題がある。
本発明の目的は、SRAMのメモリセルのα線ソフトエラー耐性を向上させることのできる技術を提供することにある。
本発明の目的は、SRAMの集積度を向上させることのできる技術を提供することにある。
本発明の目的は、SRAMの動作速度の高速化を図ることのできる技術を提供することにある。
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。
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。
本発明は、第1および第2転送用MISFETと、第1駆動用MISFETおよび第1負荷用MISFETを直列接続してなる第1インバータ回路と、第2駆動用MISFETおよび第2負荷用MISFETを直列接続してなる第2インバータ回路とを有し、
前記第1駆動用MISFETのドレイン領域と、前記第1負荷用MISFETのドレイン領域と、前記第2負荷用MISFETのゲート電極と、前記第2駆動用MISFETのゲート電極と、前記第1転送用MISFETのソースおよびドレイン領域の一方とが互いに電気的に接続され、
前記第2駆動用MISFETのドレイン領域と、前記第2負荷用MISFETのドレイン領域と、前記第1負荷用MISFETのゲート電極と、前記第1駆動用MISFETのゲート電極と、前記第2転送用MISFETのソースおよびドレイン領域の一方とが互いに電気的に接続されたメモリセルを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
半導体基板の主面上に、前記第1および第2駆動用MISFETのゲート電極を形成する工程、
前記半導体基板内に、前記第1および第2駆動用MISFETのドレイン領域を形成する工程、
前記第1および第2駆動用MISFETのゲート電極の上部に、第1絶縁膜を形成する工程、
前記第1絶縁膜の上部に、前記第1および第2負荷用MISFETを形成する工程、
前記第1および第2負荷用MISFETの上部に、第2絶縁膜を形成する工程、
前記第2絶縁膜上に、前記第1および第2負荷用MISFETを覆い、行および列方向に隣接するメモリセル上を延在するように第1導電膜を形成する工程、
を含み、
前記第1導電膜と、前記第2絶縁膜と、前記第1および第2負荷用MISFETとで容量素子を構成するものである。
本発明の上記以外の構成を簡単に説明すれば、次の通りである。
(1).ワード線で制御される転送用MISFETと、駆動用MISFETおよび負荷用MISFETからなるフリップフロップ回路とでメモリセルが構成されたSRAMを有する半導体集積回路装置において、半導体基板の主面上に形成した第1導電膜で前記駆動用MISFETのゲート電極を構成し、前記半導体基板の主面上に形成した第2導電膜で前記転送用MISFETのゲート電極を構成し、前記第1および第2導電膜の上層に形成した第3導電膜で前記負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を構成し、前記第3導電層の上層に形成した第4導電膜で前記負荷用MISFETのゲート電極を構成し、前記第4導電膜の上層に形成した第5導電膜で前記負荷用MISFETのソース領域に接続される電源電圧線を構成し、前記電源電圧線を前記負荷用MISFETと重なるように配置し、前記負荷用MISFETのゲート電極を構成する前記第4導電膜と前記電源電圧線を構成する前記第5導電膜との間で容量素子を構成する。
(2).前記(1)のSRAMにおいて、第1および第2導電膜の上層に形成した第6導電膜で駆動用MISFETのソース領域に接続される基準電圧線を構成し、前記第6導電膜の上層に負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を構成する第3導電膜を形成し、前記負荷用MISFETが設けられていない領域上の前記第6導電層に開孔を設ける。
(3).前記(1)のSRAMにおいて、一方の駆動用MISFETのドレイン領域上に形成したコンタクトホールを通じて前記一方の駆動用MISFETのドレイン領域、一方の負荷用MISFETのゲート電極、他方の駆動用MISFETのゲート電極、他方の負荷用MISFETのドレイン領域のそれぞれを相互に接続する。
(4).前記(3)のSRAMにおいて、第1および第2導電膜の上層に形成した第6導電膜で駆動用MISFETのソース領域に接続される基準電圧線を構成し、前記第6導電膜の上層に負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を構成する第3導電膜を形成し、前記駆動用MISFETのドレイン領域上に形成したコンタクトホールの周囲を前記第2導電膜および前記第6導電膜で囲み、前記第2導電膜および前記第6導電膜の上層に厚い絶縁膜を形成する。
(5).前記(1)のSRAMにおいて、第1および第2導電膜の上層に形成した第6導電膜で駆動用MISFETのソース領域に接続される基準電圧線を構成し、前記第6導電膜の上層に負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を構成する第3導電膜を形成し、転送用MISFETのドレイン領域上に前記第6導電膜でパッド層を形成し、前記パッド層を介して前記転送用MISFETのドレイン領域にデータ線を接続する。
(6).前記(1)のSRAMにおいて、第1および第2導電膜の上層に形成した第6導電膜で駆動用MISFETのソース領域に接続される基準電圧線を構成し、前記第6導電膜の上層に負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を構成する第3導電膜を形成し、周辺回路の一部を構成するnチャネル型MISFETの一方の半導体領域上に前記第6導電膜でパッド層を形成し、前記パッド層を介して前記nチャネル型MISFETの一方の半導体領域に配線を接続する。
(7).前記(1)のSRAMにおいて、第1および第2導電膜の上層に形成した第6導電膜で駆動用MISFETのソース領域に接続される基準電圧線を構成し、前記第6導電膜の上層に負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を構成する第3導電膜を形成し、周辺回路の一部を構成するpチャネル型MISFETの一方の半導体領域上に第5導電膜でパッド層を形成し、前記パッド層を介して前記pチャネル型MISFETの一方の半導体領域に配線を接続する。
(8).前記(1)のSRAMにおいて、周辺回路の一部を構成する非対称構造のnチャネル型MISFETのソース領域を高濃度のn+型半導体領域と低濃度のn型半導体領域とで構成した2重拡散ドレイン構造とし、ドレイン領域を高濃度のn+型半導体領域と低濃度のn型半導体領域とで構成したLDD構造とする。
(9).前記(1)のSRAMにおいて、周辺回路の一部を構成するnチャネル型MISFETのソース領域、ドレイン領域のそれぞれを高濃度のn+型半導体領域と低濃度のn型半導体領域とで構成したLDD構造とし、前記低濃度のn型半導体領域の下に低濃度のp型半導体領域を形成する。
(10).前記(1)のSRAMにおいて、周辺回路の一部を構成するpチャネル型MISFETのソース領域、ドレイン領域のそれぞれを高濃度のp+型半導体領域と低濃度のp型半導体領域とで構成したLDD構造とし、前記低濃度のp型半導体領域の下に低濃度のn型半導体領域を形成する。
(11).前記(1)のSRAMにおいて、負荷用MISFETのゲート電極を構成する第4導電層と前記電源電圧線を構成する第5導電層との間の絶縁膜を、酸化シリコン膜とその上に形成した窒化シリコン膜との積層膜で構成する。
(12).ワード線で制御される転送用MISFETと、駆動用MISFETおよび負荷用MISFETからなるフリップフロップ回路とでメモリセルが構成されたSRAMを有する半導体集積回路装置の製造方法において、半導体基板の主面上に形成した第1導電膜で前記駆動用MISFETのゲート電極を形成する工程、前記半導体基板の主面上に形成した第2導電膜で前記転送用MISFETのゲート電極を形成する工程、前記第1および第2導電膜の上層に形成した第3導電膜で前記駆動用MISFETのソース領域に接続される基準電圧線を形成する工程、前記第3導電膜の上層に形成した第4導電膜で前記負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を形成する工程、前記駆動用MISFETのドレイン領域上にコンタクトホールを形成する工程、前記第4導電膜の上層に形成した第5導電膜で前記負荷用MISFETのゲート電極を形成し、前記コンタクトホールを通じて前記駆動用MISFETのドレイン領域、前記負荷用MISFETのゲート電極、他方の駆動用MISFETのゲート電極、他方の負荷用MISFETのドレイン領域のそれぞれを相互に接続する工程を有する。
(13).ワード線で制御される転送用MISFETと、駆動用MISFETおよび負荷用MISFETからなるフリップフロップ回路とでメモリセルが構成されたSRAMを有する半導体集積回路装置の製造方法において、半導体基板の主面上に形成した第1導電膜で前記駆動用MISFETのゲート電極を形成する工程、前記半導体基板の主面上に形成した第2導電膜で前記転送用MISFETのゲート電極を形成する工程、前記第1および第2導電膜の上層に形成した第3導電膜で前記駆動用MISFETのソース領域に接続される基準電圧線を形成する工程、前記第3導電膜の上層に形成した第4導電膜で前記負荷用MISFETのゲート電極を形成する工程、前記第4導電膜の上層に形成した絶縁膜をエッチングして前記負荷用MISFETのゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサを形成する工程、前記第4導電膜を熱酸化してその表面に前記負荷用MISFETのゲート絶縁膜を形成する工程、前記負荷用MISFETのゲート絶縁膜の上層に形成した第5導電膜で前記負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を形成する工程を有する。
(14).ワード線で制御される転送用MISFETと、駆動用MISFETおよび負荷用MISFETからなるフリップフロップ回路とでメモリセルが構成されたSRAMを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、半導体基板の主面上に形成した第1導電膜で前記駆動用MISFETのゲート電極を形成する工程、前記第1導電膜の上層に絶縁膜を形成する工程、前記絶縁膜の上層に第2導電膜を形成する工程、前記半導体基板の主面に不純物を導入して前記駆動用MISFETのソース領域、ドレイン領域を形成する工程、前記第2導電膜をエッチングして前記駆動用MISFETのゲート電極の上層のみに前記第2導電膜を残す工程、前記第2導電膜の上層に第2絶縁膜を形成する工程、前記第2絶縁膜および前記絶縁膜を順次エッチングして前記駆動用MISFETのソース領域上にコンタクトホールを形成する工程、前記第2絶縁膜の上層に形成した第3導電膜をエッチングすることにより、前記コンタクトホールを通じて前記駆動用MISFETのソース領域に接続される基準電圧線を形成すると共に、前記コンタクトホールの側壁を通じて前記駆動用MISFETのゲート電極上の前記第2導電膜と前記基準電圧線とを接続する工程を有する。
上記した手段(1)によれば、負荷用MISFETのゲート電極と、このゲート電極の上を覆う大面積の電源電圧線との間で容量素子Cを構成することにより、大容量の容量素子を形成することができるので、メモリセルのα線ソフトエラー耐性を向上させることができる。
上記した手段(2)によれば、電源電圧線の一部に開孔を形成してその比抵抗値を低減することにより、電源電圧線を通じてメモリセルに供給される電源電位の低下を抑制することができるので、SRAMの動作の安定化を図ることができる。
上記した手段(3)および(12)によれば、半導体基板の主面に形成された一方の駆動用MISFETのドレイン領域と、一方の負荷用MISFETのゲート電極と、他方の負荷用MISFETのドレイン領域と、他方の駆動用MISFETのゲート電極とを1個のコンタクトホールを通じて相互に接続することにより、これらの導電層を複数のコンタクトホールを通じて接続する場合に比べて、コンタクトホールの占有面積に相当する分、メモリセルの占有面積を縮小することができる。また、これらの導電層を複数のコンタクトホールを通じて接続する場合に比べて、製造工程数を低減することができる。
上記した手段(4)によれば、駆動用MISFETのドレイン領域上に形成したコンタクトホールの周囲を第2導電膜および第6導電膜で囲むと共に、第2導電膜および第6導電膜の上層の厚い絶縁膜で囲むことにより、コンタクトホールを開孔する際の合わせ余裕を大きくすることができる。
上記した手段(5)によれば、基準電圧線を構成する第6導電膜で形成したパッド層を介して転送用MISFETのドレイン領域にデータ線を接続することにより、ドレイン領域上に形成するコンタクトホールの合わせ余裕が不要となるので、転送用MISFETのドレイン領域の面積を縮小することができる。
上記した手段(6)によれば、第6導電膜で形成したパッド層を介して周辺回路の一部を構成するnチャネル型MISFETの一方の半導体領域に配線を接続することにより、この半導体領域上に形成するコンタクトホールの合わせ余裕が不要となるので、nチャネル型MISFETの半導体領域の面積を縮小することができる。
上記した手段(7)によれば、第5導電膜で形成したパッド層を介して周辺回路の一部を構成するpチャネル型MISFETの一方の半導体領域に配線を接続することにより、この半導体領域上に形成するコンタクトホールの合わせ余裕が不要となるので、pチャネル型MISFETの半導体領域の面積を縮小することができる。
上記した手段(8)によれば、周辺回路の一部を構成する非対称構造のnチャネル型MISFETのソース領域を2重拡散ドレイン構造とすることにより、ソース領域の抵抗値が低減され、電流駆動能力を向上させることができる。また、ドレイン領域をLDD構造とすることにより、ドレイン領域の耐圧を向上させることができる。
上記した手段(9)によれば、低濃度のn型半導体領域の下に低濃度のp型半導体領域を形成することにより、nチャネル型MISFETの短チャネル効果を低減することができる。
上記した手段(10)によれば、低濃度のp型半導体領域の下に低濃度のn型半導体領域を形成することにより、pチャネル型MISFETの短チャネル効果を低減することができる。
上記した手段(11)によれば、第5導電膜の下層の絶縁膜を酸化シリコン膜とその上に形成した窒化シリコン膜との積層膜で構成することにより、第5導電膜をエッチングして電源電圧線を形成する際、下層の絶縁膜の削れを防止することができるので、第5導電膜とこの絶縁膜と第4導電膜とで構成される容量素子の耐圧を向上させることができる。
上記した手段(13)によれば、負荷用MISFETのゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサを形成することにより、このゲート電極の角部がサイドウォールスペーサで保護され、また、このゲート電極を熱酸化することにより、その角部が丸くなるので、負荷用MISFETのゲート絶縁膜の耐圧を向上させることができる。また、ゲート絶縁膜を熱酸化法で形成することにより、CVD法で形成したゲート絶縁膜に比べてその耐圧が向上する。
上記した手段(14)によれば、駆動用MISFETのゲート電極と基準電圧線との間で容量素子が形成される。この容量素子の誘電体膜を構成する絶縁膜と第2絶縁膜との間には第2導電膜が形成されているので、実効的に誘電体膜の膜厚を薄くすることが可能となり、容量素子の容量増大を図ることができる。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
(1).本発明によれば、負荷用MISFETのゲート電極と、このゲート電極の上を覆う大面積の電源電圧線との間で容量素子Cを構成することにより、大容量の容量素子を形成することができるので、SRAMのメモリセルのα線ソフトエラー耐性を向上させることができる。
(2).本発明によれば、電源電圧線の一部に開孔を形成してその比抵抗値を低減することにより、電源電圧線を通じてメモリセルに供給される電源電位の低下を抑制することができるので、SRAMの動作の安定化を図ることができる。
(3).本発明によれば、半導体基板の主面に形成された一方の駆動用MISFETのドレイン領域と、一方の負荷用MISFETのゲート電極と、他方の負荷用MISFETのドレイン領域と、他方の駆動用MISFETのゲート電極とを1個のコンタクトホールを通じて相互に接続することにより、これらの導電層を複数のコンタクトホールを通じて接続する場合に比べて、コンタクトホールの占有面積に相当する分、メモリセルの占有面積を縮小することができるので、SRAMの高集積化を図ることができる。また、これらの導電層を複数のコンタクトホールを通じて接続する場合に比べて、SRAMの製造工程数を低減することができる。
(4).本発明によれば、駆動用MISFETのドレイン領域上に形成したコンタクトホールの周囲を厚い絶縁膜で囲むことにより、コンタクトホールを開孔する際の合わせ余裕を大きくすることができるので、駆動用MISFETのドレイン領域の面積を縮小することができ、SRAMの高集積化を図ることができる。
(5).本発明によれば、基準電圧線を構成する導電層で形成したパッド層を介して転送用MISFETのドレイン領域にデータ線を接続することにより、ドレイン領域上に形成するコンタクトホールの合わせ余裕が不要となるので、転送用MISFETのドレイン領域の面積を縮小することができ、SRAMの高集積化を図ることができる。
(6).本発明によれば、基準電圧線を構成する導電層で形成したパッド層を介して周辺回路の一部を構成するnチャネル型MISFETの一方の半導体領域に配線を接続することにより、この半導体領域上に形成するコンタクトホールの合わせ余裕が不要となるので、nチャネル型MISFETの半導体領域の面積を縮小することができ、SRAMの高集積化を図ることができる。
(7).本発明によれば、電源電圧線を構成する導電層で形成したパッド層を介して周辺回路の一部を構成するpチャネル型MISFETの一方の半導体領域に配線を接続することにより、この半導体領域上に形成するコンタクトホールの合わせ余裕が不要となるので、pチャネル型MISFETの半導体領域の面積を縮小することができ、SRAMの高集積化を図ることができる。
(8).本発明によれば、周辺回路の一部を構成する非対称構造のnチャネル型MISFETのソース領域を2重拡散ドレイン構造とすることにより、ソース領域の抵抗値が低減され、電圧低下を防止することができるので、SRAMの高速動作を図ることができる。
(9).本発明によれば、低濃度のn型半導体領域の下に低濃度のp型半導体領域を形成することにより、nチャネル型MISFETの短チャネル効果を低減することができるので、SRAMの高集積化、高信頼化を図ることができる。
(10).本発明によれば、低濃度のp型半導体領域の下に低濃度のn型半導体領域を形成することにより、pチャネル型MISFETの短チャネル効果を低減することができるので、SRAMの高集積化、高信頼化を図ることができる。
(11).本発明によれば、電源電圧線を構成する導電層の下層の絶縁膜を酸化シリコン膜とその上に形成した窒化シリコン膜との積層膜で構成することにより、この導電層をエッチングして電源電圧線を形成する際、下層の絶縁膜の削れを防止することができるので、この導電層とその下層の絶縁膜とさらにその下層の導電層とで構成される容量素子の耐圧を向上させることができ、SRAMのメモリセルのα線ソフトエラー耐性を向上させることができる。
(12).本発明によれば、負荷用MISFETのゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサを形成することにより、このゲート電極の角部がサイドウォールスペーサで保護され、また、このゲート電極を熱酸化することにより、その角部が丸くなるので、負荷用MISFETのゲート絶縁膜の耐圧を向上させることができ、SRAMの高信頼化を図ることができる。
また、負荷用MISFETのゲート絶縁膜を熱酸化法で形成することにより、CVD法で形成したゲート絶縁膜に比べてその耐圧が向上するので、SRAMの高信頼化を図ることができる。
(13).本発明によれば、駆動用MISFETのゲート電極と基準電圧線との間で形成される容量素子の誘電体膜を構成する絶縁膜と第2絶縁膜との間に第2導電層が介在することにより、実効的に誘電体膜の膜厚を薄くすることができるので、容量素子の容量増大を図ることができ、SRAMのメモリセルのα線ソフトエラー耐性を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
図2は、本発明の一実施の形態であるSRAMの全体の概略構成(チップレイアウト)図であり、図3は、その一部を拡大して示す概略構成図である。
長方形の半導体チップ1の主面には、特に限定はされないが、例えば16メガビット〔Mbit〕の大容量を有するSRAMが形成されている。このSRAMのメモリセルアレイは、4個のメモリブロックMB(MB1〜MB4)からなり、各メモリブロックMBは、32個のサブアレイSMAで構成されている。また、各サブアレイSMAは、1024行×128列のメモリセルで構成されている。
各メモリブロックMBの一端には、ロード回路LOADが配置されており、他端には、Yセレクタ回路YSW、Yデコーダ回路YDECおよびセンスアンプ回路SAが配置されている。また、各メモリブロックMBの中央部には、Xデコーダ回路XDECが配置されている。
図3に示すように、メモリブロックMBを構成するサブアレイSMAのそれぞれの一端には、ワードデコーダ回路WDECが配置されている。このワードデコーダ回路WDECは、メモリブロックMBの上を列方向に延在するメインワード線MWLを介して前記Xデコーダ回路XDECで選択される。
ワードデコーダ回路WDECは、サブアレイSMAの上を列方向に延在するサブワード線SWLを介して、このサブワード線SWLと平行に延在するワード線WLを選択する。ワード線WLは、列方向に配列されたメモリセルMC毎に配置され、各メモリセルMCには、同一選択信号が印加される2本のワード線WL(第1ワード線、第2ワード線)が接続されている。
サブアレイSMAの上には、前記メインワード線MWL、サブワード線SWLおよびワード線WLと交差する方向(行方向)に延在する相補性データ線DLが配置されている。相補性データ線DLは、互いに平行に延在する2本のデータ線(第1データ線、第2データ線)からなり、行方向に配列されたメモリセルMC毎に配置されている。相補性データ線DLの一端は、ロード回路LOADに接続され、他端はYセレクタ回路YSWを介してセンスアンプ回路SAに接続されている。
図4は、上記サブアレイSMAに配置されたメモリセルMCの等価回路図である。
メモリセルMCは、フリップフロップ回路と2個の転送用MISFETQt1、Qt2とで構成され、第1ワード線WL1および第2ワード線WL2と相補性データ線DL(第1データ線DL1および第2データ線DL2)との交差部に配置されている。フリップフロップ回路は、情報蓄積部として構成され、1ビットの情報(“1”または“0”)を記憶する。
メモリセルMCの2個の転送用MISFETQt1、Qt2は、nチャネル型で構成され、フリップフロップ回路の一対の入出力端子にそれぞれのソース領域が接続されている。転送用MISFETQt1のソース領域またはドレイン領域の一方は、第1データ線DL1に接続され、そのゲート電極は、第1ワード線WL1に接続されている。転送用MISFETQt2のソース領域またはドレイン領域の一方は、第2データ線DL2に接続され、そのゲート電極は、第2ワード線WL2に接続されている。
フリップフロップ回路は、nチャネル型で構成された2個の駆動用MISFETQd1、Qd2およびpチャネル型で構成された2個の負荷用MISFETQp1、Qp2で構成されている。すなわち、本実施の形態のSRAMのメモリセルMCは、完全CMOS構造で構成されている。
駆動用MISFETQd1および負荷用MISFETQp1は、互いのドレイン領域が接続され、かつ互いのゲート電極が接続されてCMOSを構成している。同様に、駆動用MISFETQd2および負荷用MISFETQp2は、互いのドレイン領域が接続され、かつ互いのゲート電極が接続されてCMOSを構成している。
駆動用MISFETQd1および負荷用MISFETQp1のそれぞれのドレイン領域は、転送用MISFETQt1のソース領域またはドレイン領域の他方に接続され、かつ駆動用MISFETQd2および負荷用MISFETQp2のそれぞれのゲート電極に接続されている。
駆動用MISFETQd2および負荷用MISFETQp2のそれぞれのドレイン領域(フリップフロップ回路の他方の入出力端子)は、転送用MISFETQt2のソース領域またはドレイン領域の他方に接続され、かつ駆動用MISFETQd1および負荷用MISFETQp1のそれぞれのゲート電極に接続されている。
駆動用MISFETQd1、Qd2のそれぞれのソース領域は、基準電圧線(VSS)に接続され、負荷用MISFETQp1、Qp2のそれぞれのソース領域は、電源電圧線(VCC)に接続されている。基準電圧(VSS)は、例えば0V(グランド電位)であり、電源電圧(VCC)は、例えば5Vである。
負荷用MISFETQp1、Qp2のそれぞれのゲート電極と電源電圧線(VCC)との間には、容量素子Cが構成されている。この容量素子Cは、メモリセルMCのα線ソフトエラー耐性の向上を目的としており、その構成については後に詳述する。
上記のようなメモリセルMCを有する本実施の形態のSRAMは、前記図2および図3に示すように、Xデコーダ回路XDECによりメインワード線MWLを介してサブアレイSMAのワードデコーダ回路WDECの1つを選択し、この選択されたワードデコーダ回路WDECによりサブワード線SWLを介してワード線WL(第1ワード線WL1および第2ワード線WL2)を選択する。なお、後述するが、ワード線WLは第2層目のゲート材で構成され、サブワード線SWLは第1層目の配線材で構成される。
すなわち、本実施の形態のSRAMは、サブアレイSMAの上を延在する複数のワード線WLのうちの1組のワード線WL(第1ワード線WL1および第2ワード線WL2)をワードデコーダ回路WDECおよびXデコーダ回路XDECにより選択するデバイデッドワードライン方式を採用し、この1組の第1ワード線WL1および第2ワード線WL2をサブワード線SWLを介してワードデコーダ回路WDECに接続するダブルワードライン方式を採用している。
各メモリブロックMBに配置された前記Xデコーダ回路XDEC、Yセレクタ回路YSW、Yデコーダ回路YDEC、センスアンプ回路SA、ロード回路LOADなどは、SRAMの周辺回路を構成している。これらの周辺回路は、CMOSで構成され、メモリセルMCの情報の書込み動作、保持動作、読出し動作などを制御する。
次に、上記SRAMのメモリセルMCの具体的な構成について、図1および図5〜図14を用いて説明する。
図1に示すように、n-型シリコン単結晶からなる半導体基板(ウエハ)1の主面には、p-型ウエル2pが形成され、このp-型ウエル2pの非活性領域の主面には、酸化シリコン膜からなる素子分離用のフィールド絶縁膜3が形成されている。このフィールド絶縁膜3の下には、反転防止用のp型チャネルストッパ領域4が形成されている。
半導体基板1の主面に形成された上記フィールド絶縁膜3のパターンレイアウトを図5に示す。図中、二点鎖線で囲んだ長方形の領域は、メモリセルMC1個分の占有領域である。
SRAMのメモリセルMCを構成する前記転送用MISFETQt1、Qt2、駆動用MISFETQd1、Qd2および負荷用MISFETQp1、Qp2のうち、転送用MISFETQt1、Qt2および駆動用MISFETQd1、Qd2のそれぞれは、前記フィールド絶縁膜3で囲まれたp-型ウエル2pの活性領域の主面に形成され、負荷用MISFETQp1、Qp2は、駆動用MISFETQd1、Qd2の上層に形成されている。
駆動用MISFETQd1、Qd2は、ゲート絶縁膜5、ゲート電極6、n型の半導体領域(ソース領域、ドレイン領域)7で構成されている。図1には、2個の駆動用MISFETQd1、Qd2のうち、駆動用MISFETQd1の一方の半導体領域(ドレイン領域)7と、駆動用MISFETQd2のゲート電極6および一方の半導体領域(ソース領域)7とが示してある。
図6に示すように、駆動用MISFETQd1、Qd2のそれぞれのゲート電極6は、行方向(相補性データ線DLの延在方向またはY方向)に沿って延在されている。すなわち、駆動用MISFETQd1、Qd2は、ゲート長(Lg)方向と列方向(ワード線WLの延在方向またはX方向)とが一致するように配置されている。
駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極6の一端側は、少なくとも製造プロセスにおけるマスク合わせ余裕寸法に相当する分、フィールド絶縁膜3上を行方向に突出している。駆動用MISFETQd1のゲート電極6の他端側は、フィールド絶縁膜3上を介して駆動用MISFETQd2の一方の半導体領域(ドレイン領域)7上まで行方向に突出している。同様に、駆動用MISFETQd2のゲート電極6の他端側は、フィールド絶縁膜3上を介して駆動用MISFETQd1の一方の半導体領域(ドレイン領域)7上まで行方向に突出している。
駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極6は、第1層目のゲート材形成工程で形成され、例えば多結晶シリコン膜で形成されている。この多結晶シリコン膜には、抵抗値を低減するためにn型不純物(リン(P)またはヒ素(As))が導入されている。ゲート電極6の上部には、ゲート電極6と上層の導電層とを電気的に分離するための絶縁膜9が形成されている。この絶縁膜9は、例えば酸化シリコン膜からなる。
駆動用MISFETQd1、Qd2のそれぞれの半導体領域(ソース領域、ドレイン領域)7は、低不純物濃度のn型半導体領域7aと高不純物濃度のn+型半導体領域7bとで構成されている。n型半導体領域7aおよびn+型半導体領域7bは、ゲート電極7およびその側壁に形成されたサイドウォールスペーサ8に対して自己整合的に形成されている。
このように、駆動用MISFETQd1、Qd2は、それぞれの半導体領域(ソース領域、ドレイン領域)7が、いわゆる2重拡散ドレイン(Double Diffused Drain)構造で構成されている。この2重拡散ドレイン構造は、ソース領域、ドレイン領域間の電流経路において、n型半導体領域7aの寄生抵抗が後述するLDD(Lightly Doped Drain)構造のn型半導体領域に比べて小さいので、後述するLDD構造で構成された転送用MISFETQt1、Qt2に比べて駆動能力〔gm〕が高い。これにより、メモリセルMCの実効的なβレシオを大きくすることができるので、駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート幅を短くでき、駆動用MISFETQd1、Qd2の占有面積を縮小してメモリセルMCの占有面積を縮小し、SRAMの集積度を向上させることができる。
メモリセルMCの転送用MISFETQt1、Qt2は、前記フィールド絶縁膜3で囲まれたp-型ウエル2pの活性領域の主面に形成されている。転送用MISFETQt1、Qt2は、ゲート絶縁膜10、ゲート電極11、n型の半導体領域(ソース領域、ドレイン領域)12で構成されている。図1には、2個の転送用MISFETQt1、Qt2のうち、一方の転送用MISFETQt1のゲート絶縁膜10、ゲート電極11、n型の半導体領域(ソース領域およびドレイン領域)12が示してある。
図7に示すように、転送用MISFETQt1、Qt2のゲート電極11は、列方向(ワード線WLの延在方向またはX方向)に沿って延在されている。すなわち、転送用MISFETQt1、Qt2は、そのゲート長(Lg)方向が駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート長(Lg)方向と直交するように配置されている。転送用MISFETQt1および駆動用MISFETQd1は、互いのゲート長(Lg)方向が直交するように配置されているので、一体に構成された部分を中心にして、駆動用MISFETQd1の活性領域は、列方向に向かって配置され、転送用MISFETQt1の活性領域は、行方向に向かって配置されている。
転送用MISFETQt1、Qt2のゲート電極11は、第2層目のゲート材形成工程で形成され、例えば多結晶シリコン膜と、この多結晶シリコン膜よりも比抵抗値が小さい高融点金属シリサイド膜との積層膜(ポリサイド膜)で構成されている。下層の多結晶シリコン膜には、抵抗値を低減するためにn型不純物(PまたはAs)が導入されている。上層の高融点金属シリサイド膜は、例えばWSiX、MoSiX、TiSiX、TaSiXなどからなる。転送用MISFETQt1、Qt2のゲート電極11の上層には、ゲート電極11と上層の導電層とを電気的に分離するための絶縁膜13が形成されている。この絶縁膜13は、例えば酸化シリコン膜からなる。
転送用MISFETQt1、Qt2の半導体領域12は、低不純物濃度のn型半導体領域12aと高不純物濃度のn+型半導体領域12bとで構成されている。すなわち、転送用MISFETQt1、Qd2の半導体領域12は、LDD(Lightly Doped Drain)構造で構成されている。また、この低不純物濃度のn型半導体領域12aの下には、低不純物濃度のp型半導体領域14が形成されている。
転送用MISFETQt1、Qt2の半導体領域12を構成するn型半導体領域12a、n+型半導体領域12bおよびp型半導体領域14のうち、n型半導体領域12aおよびp型半導体領域14は、ゲート電極11に対して自己整合的に形成され、n+型半導体領域12bは、ゲート電極11およびその側壁に形成されたサイドウォールスペーサ15に対して自己整合的に形成されている。
このように、転送用MISFETQt1、Qt2は、半導体領域12がLDD構造で構成され、かつ低不純物濃度のn型半導体領域12aの下に低不純物濃度のp型半導体領域14が形成されている。このLDD構造により、半導体領域12の耐圧が向上し、その端部の電荷強度を緩和することができるので、ホットキャリヤの発生量が低減され、かつp型半導体領域14により、短チャネル効果が抑制され、転送用MISFETQt1、Qt2のしきい値電圧の変動を防止することができる。また、転送用MISFETQt1、Qt2の占有面積を縮小してメモリセルMCの占有面積を縮小し、SRAMの集積度を向上させることができる。
図7に示すように、転送用MISFETQt1、Qt2のそれぞれのゲート電極11は、フィールド絶縁膜3上を列方向に延在するワード線WLと一体に構成されている。メモリセルMCのうち、転送用MISFETQt1のゲート電極11には第1ワード線WL1が接続され、転送用MISFETQt2のゲート電極11には第2ワード線WL2が接続されている。
すなわち、1個のメモリセルMCには、互いに離隔し、かつ列方向に平行して延在する2本のワード線WL(第1ワード線WL1および第2ワード線WL2)が配置されている。第1ワード線WL1は、駆動用MISFETQd1のゲート電極7のフィールド絶縁膜3上に突出した部分と交差し、第2ワード線WL2は、駆動用MISFETQd2のゲート電極7のフィールド絶縁膜3上に突出した部分と交差している。
フィールド絶縁膜3で囲まれたp-型ウエル2pの活性領域の主面に形成された前記駆動用MISFETQd1、Qd2および転送用MISFETQt1、Qt2の上層には、基準電圧線(ソース線:VSS)16Aが配置されている。この基準電圧線(VSS)16Aは、駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート絶縁膜5と同一層の絶縁膜に開孔されたコンタクトホール17Aを通じて、駆動用MISFETQd1、Qd2のそれぞれの半導体領域(ソース領域)7に接続されている。
図8に示すように、サブアレイSMAにおいて、基準電圧線(VSS)16Aは、各メモリセルMCの駆動用MISFETQd1、Qd2の半導体領域(ソース領域)7上に開孔されたコンタクトホール17A上の領域およびコンタクトホール17A間を結ぶ領域に一体に構成されている。すなわち、基準電圧線(VSS)16Aは、各メモリセルMCの駆動用MISFETQd1、Qd2に共通のソース線として構成されている。また、基準電圧線(VSS)16Aは、列方向および行方向において連続的に形成され、いわゆるメッシュ状に構成されている。これにより、基準電圧線(VSS)16Aの抵抗値を低減することができる。
基準電圧線16A(VSS)は、第3層目のゲート材形成工程で形成され、前記転送用MISFETQt1、Qt2のゲート電極11と同様、例えば多結晶シリコン膜と高融点金属シリサイド膜との積層膜(ポリサイド膜)で構成されている。下層の多結晶シリコン膜には、抵抗値を低減するためにn型不純物(PまたはAs)が導入されている。上層の高融点金属シリサイド膜は、例えばWSiX、MoSiX、TiSiX、TaSiXなどからなる。
このように、基準電圧線(VSS)16Aおよび前記ワード線WLのそれぞれを多結晶シリコン膜と高融点金属シリサイド膜との積層膜で構成したことにより、基準電圧線(VSS)16Aおよびワード線WLのそれぞれの比抵抗値を低減することができるので、メモリセルMCの情報書込み動作および情報読出し動作を速め、SRAMの動作速度の高速化を図ることができる。
図1および図8に示すように、転送用MISFETQt1、Qt2の一方の半導体領域(ドレイン領域)12の上層には、基準電圧線(VSS)16Aと同じ第3層目のゲート材で形成されたパッド層16Bが配置されている。このパッド層16Bは、転送用MISFETQt1、Qt2のゲート絶縁膜10と同一層の絶縁膜に開孔されたコンタクトホール17Bを通じて、転送用MISFETQt1、Qt2の一方の半導体領域12に接続されている。
図8に示すように、サブアレイSMAにおいて、パッド層16Bは、各メモリセルMCの転送用MISFETQt1、Qt2の一方の半導体領域12上に開孔されたコンタクトホール17B上の領域に島状に配置されている。メモリセルMC1個分の占有領域における駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極6、転送用MISFETQt1、Qt2のゲート電極11(第1ワード線W1、第2ワード線W2)および基準電圧線(VSS)16A、パッド層16Bの相互の配置を図9に示す。
メモリセルMCの負荷用MISFETQp1、Qp2のうち、負荷用MISFETQp1は、駆動用MISFETQd2の領域上に配置され、負荷用MISFETQp2は、駆動用MISFETQd1の領域上に配置されている。負荷用MISFETQp1、Qp2のそれぞれは、p型のソース領域18P、ドレイン領域18P、n型のチャネル領域18N、ゲート絶縁膜19、ゲート電極20で構成されている。図1には、負荷用MISFETQp1のソース領域18P、ドレイン領域18P、チャネル領域18Nおよびゲート絶縁膜19と、負荷用MISFETQp2のゲート電極20が示してある。
負荷用MISFETQp1のチャネル領域18Nは、絶縁膜21、絶縁膜22を介して駆動用MISFETQd2の上層に形成されている。負荷用MISFETQp2のチャネル領域18Nは、絶縁膜21、絶縁膜22を介して駆動用MISFETQd1の上層に形成されている。絶縁膜21および絶縁膜22は、例えば酸化シリコン膜からなる。
負荷用MISFETQp1、Qp2のチャネル領域18Nのパターンレイアウトを図10に示す。図面を見易くするため、同図は、チャネル領域18Nの下層に形成された基準電圧線(VSS)16A、駆動用MISFETQd1、Qd2、転送用MISFETQt1、Qt2、フィールド絶縁膜3などの図示が省略してある。負荷用MISFETQp1、Qp2のそれぞれのチャネル領域18Nは、第4層目のゲート材形成工程で形成され、例えば多結晶シリコン膜18で構成されている。この多結晶シリコン膜18の一部(ソース側)または全面には、負荷用MISFETQp1、Qp2のしきい値電圧をエンハンスメント型に設定するためのn型不純物(例えばP)が導入されている。
負荷用MISFETQp1、Qp2のそれぞれのチャネル領域18Nの一端側にはドレイン領域18Pが、他端側にはソース領域18Pがそれぞれ形成されている。ドレイン領域18Pおよびソース領域18Pは、チャネル領域18Nと同じ第4層目のゲート材(多結晶シリコン膜18)形成工程で形成され、チャネル領域18Nと一体に構成されている。第4層目のゲート材(多結晶シリコン膜18)のうち、ドレイン領域18Pおよびソース領域18Pを構成する領域の多結晶シリコン膜18には、p型不純物(例えばBF2またはホウ素(B))が導入されている。
負荷用MISFETQp1、Qp2のそれぞれのゲート絶縁膜19は、負荷用MISFETQp1、Qp2のチャネル領域18N、ドレイン領域18Pおよびソース領域18Pを構成する上記多結晶シリコン膜の上層に形成されている。このゲート絶縁膜19は、例えば酸化シリコン膜からなる。
負荷用MISFETQp1、Qp2のそれぞれのゲート電極20は、上記ゲート絶縁膜19の上層に形成されている。ゲート電極20は、第5層目のゲート材形成工程で形成され、例えば多結晶シリコン膜で構成されている。この多結晶シリコン膜には、抵抗値を低減するためにn型の不純物(例えばP)が導入されている。
図11に示すように、負荷用MISFETQp1、Qp2のそれぞれのゲート電極20は、行方向に沿って延在されている。前記負荷用MISFETQp1、Qp2のチャネル領域18Nは、このゲート電極20と重なる領域に形成され、ドレイン領域18P、ソース領域18Pは、その他の領域に形成されている。図面を見易くするため、同図は、チャネル領域18Nの下層に形成された基準電圧線(VSS)16A、駆動用MISFETQd1、Qd2、転送用MISFETQt1、Qt2、フィールド絶縁膜3などの図示が省略してある。
図1、図11および図12に示すように、2個の負荷用MISFETQp1、Qp2のうち、一方の負荷用MISFETQp2のゲート電極20は、ゲート絶縁膜19、絶縁膜22、絶縁膜9などを開孔して形成したコンタクトホール23を通じて、駆動用MISFETQd1の一方の半導体領域(ドレイン領域)7(転送用MISFETQt1の一方の半導体領域12)と接続されている。他方の負荷用MISFETQp1のゲート電極20は、コンタクトホール23を通じて、駆動用MISFETQd2の一方の半導体領域(ドレイン領域)7(転送用MISFETQt2の一方の半導体領域12)と接続されている。
図1に示すように、負荷用MISFETQp2のゲート電極20と駆動用MISFETQd1の一方の半導体領域(ドレイン領域)7(転送用MISFETQt1の一方の半導体領域12)とを接続する上記コンタクトホール23の側壁には、負荷用MISFETQp1のドレイン領域18Pの断面が露出し、この露出したドレイン領域18Pとゲート電極20とがコンタクトホール23の側壁の壁面で電気的に接続されている。また、このコンタクトホール23の側壁には、駆動用MISQd2のゲート電極6の一端の主面部が露出し、この露出したゲート電極6と負荷用MISFETQp2のゲート電極20とがコンタクトホール23の側壁の壁面で電気的に接続されている。
すなわち、負荷用MISFETQp2のゲート電極20と、駆動用MISFETQd1の一方の半導体領域(ドレイン領域)7(転送用MISFETQt1の一方の半導体領域12)と、負荷用MISFETQp1のドレイン領域18Pと、駆動用MISQd2のゲート電極6とは、1個のコンタクトホール23を通じて相互に接続されている。
図1には示さないが、同様に、負荷用MISFETQp1のゲート電極20と駆動用MISFETQd2の一方の半導体領域(ドレイン領域)7(転送用MISFETQt2の一方の半導体領域)とを接続するコンタクトホール23の側壁には、負荷用MISFETQp2のドレイン領域18Pの断面が露出し、この露出したドレイン領域18Pとゲート電極20とがコンタクトホール23の側壁の壁面で電気的に接続されている。また、このコンタクトホール23の側壁には、駆動用MISQd1のゲート電極6の一端の主面部が露出し、この露出したゲート電極6と負荷用MISFETQp1のゲート電極20とがコンタクトホール23の側壁の壁面で電気的に接続されている。
すなわち、負荷用MISFETQp1のゲート電極20と、駆動用MISFETQd2の一方の半導体領域(ドレイン領域)7(転送用MISFETQt2の一方の半導体領域12)と、負荷用MISFETQp2のドレイン領域18Pと、駆動用MISQd1のゲート電極6とは、1個のコンタクトホール23を通じて相互に接続されている。
このように、半導体基板1の主面に形成された駆動用MISFETQdの一方の半導体領域(ドレイン領域)7(転送用MISFETQtの一方の半導体領域12)と、第1層目のゲート材で構成された駆動用MISFETQdのゲート電極6と、第4層目のゲート材で構成された負荷用MISFETQpのドレイン領域18Pと、第5層目のゲート材で構成された負荷用MISFETQpのゲート電極20とを1個のコンタクトホール23を通じて相互に接続することにより、これらの導電層を複数のコンタクトホールを通じて接続する場合に比べて、コンタクトホールの占有面積に相当する分、メモリセルMCの占有面積を縮小することができるので、SRAMの集積度を向上させることができる。
図1および図13に示すように、負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート電極20の上層には、絶縁膜24を介して電源電圧線(VCC)25Aが配置されている。電源電圧線(VCC)25Aは、絶縁膜24に開孔されたコンタクトホール26Aを通じて、負荷用MISFETQp1、Qp2のそれぞれのソース領域18Pに接続されている。図面を見易くするため、同図は、負荷用MISFETQp1、Qp2のチャネル領域18Nの下層に形成された基準電圧線(VSS)16A、駆動用MISFETQd1、Qd2、転送用MISFETQt1、Qt2、フィールド絶縁膜3などの図示が省略してある。
図13に示すように、サブアレイSMAにおいて、電源電圧線(VCC)25Aは、各メモリセルMCの負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート電極20の上を覆うように一体に構成され、各メモリセルMCの負荷用MISFETQp1、Qp2に共通の電源電圧線(VCC)25Aとして構成されている。電源電圧線(VCC)25Aの一部には、開孔27が形成されている。この開孔27は、主としてメモリセルMCの負荷用MISFETQp1、Qp2が形成されていない領域上に配置されている。すなわち、電源電圧線(VCC)25Aは、各メモリセルMCを覆うように、列方向および行方向に連続的に設けられている。
電源電圧線(VCC)25Aは、第6層目のゲート材形成工程で形成され、例えば多結晶シリコン膜で構成されている。電源電圧線(VCC)25Aは、負荷用MISFETQp1、Qp2のソース領域18Pに接続されるため、このソース領域18Pと同じ導電型、すなわちp型の不純物(例えばBF2)を導入した多結晶シリコン膜で構成されている。
前記図4に示すように、メモリセルMCには、2個の容量素子Cが配置されている。本実施の形態のSRAMの場合、この容量素子Cは、上記負荷用MISFETQp1、Qp2のそれぞれのゲート電極20と電源電圧線(VCC)25Aとの間に形成されている。すなわち、容量素子Cは、負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート電極20を第1電極とし、その上層の電源電圧線(VCC)25Aを第2電極(プレート電極)とし、ゲート電極20と電源電圧線(VCC)25Aとの間の前記絶縁膜24を誘電体膜とするスタック(積層)構造で構成されている。絶縁膜24は、例えば酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜からなる。
このように、負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート電極20と、このゲート電極20の上を覆う大面積の電源電圧線(VCC)25Aとの間で容量素子Cを構成することにより、大容量の容量素子Cを形成することができるので、メモリセルMCのα線ソフトエラー耐性を向上させることができる。
また、電源電圧線(VCC)25Aは、列方向および行方向に連続的に形成されるように、その一部に開孔27を形成することでその比抵抗値を低減することができる。これにより、電源電圧線(VCC)25Aを通じてメモリセルMCに供給される電源電位の低下を抑制することができるので、SRAMの動作の安定化を図ることができる。
図1に示すように、電源電圧線(VCC)25Aの上層には、層間絶縁膜28を介してサブワード線SWLが配置されている。図14に示すように、このサブワード線SWLは、サブアレイSMAの上を列方向に延在し、行方向に配列されたメモリセルMC毎に1本配置されている。図面を見易くするため、同図は、サブワード線SWLの下層に形成された負荷用MISFETQp1、Qp2、基準電圧線(VSS)16A、駆動用MISFETQd1、Qd2、転送用MISFETQt1、Qt2、フィールド絶縁膜3などの図示が省略してある。
サブワード線SWLは、第1層目の配線材形成工程で形成され、例えばバリアメタル膜と高融点金属膜との積層膜で構成されている。バリアメタルは、例えばチタンタングステン(TiW)で構成され、高融点金属は、例えばタングステン(W)で構成されている。層間絶縁膜28は、例えば酸化シリコン膜とBPSG(Boron-doped Phospho Silicate Glass)膜との積層膜で構成されている。
図1に示すように、転送用MISFETQt1、Qt2の一方の半導体領域(ドレイン領域)12の上層には、サブワード線SWLと同じ第1層目の配線材で形成された中間導電層29Aが配置されている。この中間導電層29は、層間絶縁膜28、絶縁膜24、絶縁膜22、絶縁膜21に開孔されたコンタクトホール30Aを通じて、転送用MISFETQt1、Qt2の一方の半導体領域(ドレイン領域)12上に形成された前記パッド層16Bに接続されている。図14に示すように、サブアレイSMAにおいて、中間導電層29Aは、各メモリセルMCの転送用MISFETQt1、Qt2の一方の半導体領域(ドレイン領域)12上に開孔されたコンタクトホール17Bの上層に島状に配置されている。
図1に示すように、サブワード線SWLおよび中間導電層29Aの上層には、第2層目の層間絶縁膜31を介して相補性データ線DLが配置されている。相補性データ線DLは、層間絶縁膜31に開孔されたコンタクトホール32Aを通じて中間導電層29Aに接続されている。
相補性データ線DLは、第2層目の配線材形成工程で形成され、例えばバリアメタル膜、アルミニウム合金膜、バリアメタル膜を順次積層した3層膜からなる。バリアメタルは、例えばTiWで構成され、アルミニウム合金は、例えばCuおよびSiを添加したアルミニウムで構成される。層間絶縁膜31は、例えば酸化シリコン膜、スピンオングラス(SOG:Spin On Glass)膜、酸化シリコン膜を順次積層した3層膜からなる。
相補性データ線DLは、メモリセルMCの転送用MISFETQt1、Qt2の一方の半導体領域(ドレイン領域)12に接続されている。相補性データ線DLのうち、第1データ線DL1は、転送用MISFETQt1の一方の半導体領域(ドレイン領域)12に接続され、第2データ線DL2は、転送用MISFETQt2の一方の半導体領域(ドレイン領域)12に接続されている。相補性データ線DLと転送用MISFETQt1、Qt2の一方の半導体領域(ドレイン領域)12との接続は、前記中間導電層29Aおよびパッド層16Bを介して行われている。
図14に示すように、相補性データ線DLは、サブアレイSMAの上を行方向に延在している。相補性データ線DLのうち、第1データ線DL1は、メモリセルMCの駆動用MISFETQd1、転送用MISFETQt2および負荷用MISFETQp2の上を行方向に延在し、第2データ線DL2は、駆動用MISFETQd2、転送用MISFETQt1および負荷用MISFETQp1の上を行方向に延在している。
図1に示すように、相補性データ線DLの上層には、第3層目の層間絶縁膜33を介してメインワード線MWLが配置されている。メインワード線MWLは、第3層目の配線材形成工程で形成され、例えば前記第2層目の配線材と同じバリアメタル膜、アルミニウム合金膜、バリアメタル膜を順次積層した3層膜からなる。層間絶縁膜33は、例えば酸化シリコン膜、酸化シリコン膜、スピンオングラス膜、酸化シリコン膜を順次積層した4層膜からなる。
図14に示すように、メインワード線MWLは、サブアレイSMAの上を列方向に延在している。メインワード線MWLは、サブアレイSMAの上を列方向に延在する前記サブワード線SWLと重なるように配置されている。
図1に示すように、メインワード線MWLの上層には、ファイナルパッシベーション膜34が形成されている。ファイナルパッシベーション膜34は、例えば酸化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、ポリイミド樹脂膜を順次積層した4層膜からなる。
次に、上記SRAMの具体的な製造方法について、図15〜図43を用いて説明する。
まず、10〔Ω/cm〕程度の比抵抗値を有するn-形シリコン単結晶からなる半導体基板1を用意し、その主面に酸化シリコン膜40を形成した後、この酸化シリコン膜40の上に窒化シリコン膜41を堆積する。酸化シリコン膜40は熱酸化法で形成し、35〜45nm程度の膜厚とする。窒化シリコン膜41はCVD(Chemical Vapor Deposition)法で形成し、45〜55nm程度の膜厚とする。
次に、窒化シリコン膜41上にフォトレジスト膜42を形成し、これをマスクにしたエッチングでn型ウエル形成領域の窒化シリコン膜41を除去した後、このフォトレジスト膜42をマスクにして半導体基板1のn型ウエル形成領域の主面にn型不純物(例えばP)を導入する。Pはイオン注入法を使用し、120〜130keV程度のエネルギーで2.0×1013/cm2程度導入する(図15)。
次に、上記フォトレジスト膜42をアッシングで除去した後、半導体基板1のn型ウエル形成領域の主面の前記酸化シリコン膜40を成長させる。酸化シリコン膜40の成長は、p-型ウエル形成領域の前記窒化シリコン膜41を耐酸化マスクにした熱酸化法で行い、130〜140nm程度の膜厚に成長させる。
続いて、上記窒化シリコン膜41を熱リン酸を使ったエッチングで除去した後、n型ウエル形成領域の酸化シリコン膜40をマスクにして半導体基板1のp-型ウエル形成領域の主面にp型不純物(例えばBF2)を導入する。BF2は、イオン注入法を使用し、60keVのエネルギーで1.0×1013/cm2程度導入する(図16)。
次に、半導体基板1の主面に導入された上記n型不純物、p型不純物のそれぞれを引伸し拡散させ、n型不純物でn型ウエル2nを、p型不純物でp-型ウエル2pをそれぞれ形成する。不純物の引伸し拡散は、1200℃程度の窒素雰囲気中で180分程度行う(図17)。
半導体基板1のp-型ウエル2pの主面の一部の領域(図17のMCで示す領域)にはSRAMのメモリセルMCが形成される。周辺回路を構成するCMOSのうち、nチャネル型MISFETはp-型ウエル2pの主面の他の領域に形成され、pチャネル型MISFETはn型ウエル2nの主面に形成される。
次に、半導体基板1の主面の酸化シリコン膜40を希フッ酸水溶液によるエッチングで除去した後、半導体基板1の主面に新たな酸化シリコン膜43を形成し、続いて、この酸化シリコン膜43の上に窒化シリコン膜44を堆積する。酸化シリコン膜43は熱酸化法で形成し、10nm程度の膜厚とする。窒化シリコン膜44はCVD法で形成し、110〜150nm程度の膜厚とする。次に、この窒化シリコン膜44の上にフォトレジスト膜45を形成し、これをマスクにしたエッチングでp-型ウエル2pの素子分離領域の窒化シリコン膜44を除去する(図18)。
次に、上記フォトレジスト膜45をアッシングで除去した後、半導体基板1の主面に新たなフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、p-型ウエル2pの主面にチャネルストッパ用のp型不純物(例えばBF2)を導入する。BF2は、イオン注入法を使用し、50keV程度のエネルギーで7.0×1013/cm2程度導入する。フォトレジスト膜および窒化シリコン膜44がイオン注入のマスクとなるので、BF2は、p-型ウエル2pの素子分離領域のみに注入される。
次に、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、素子分離領域の酸化シリコン膜43を成長させてフィールド絶縁膜3を形成する。酸化シリコン膜43の成長は、窒化シリコン膜44を耐酸化マスクにした熱酸化法で行い、400〜500nm程度の膜厚に成長させる。このとき、同時にp-型ウエル2pのフィールド絶縁膜3の下にチャネルストッパ領域4が形成される。なお、n型ウエル2nは、p-型ウエル2pに比べて反転領域が発生し難く、素子分離を確実に行うことができるので、n型ウエル2nのフィールド絶縁膜3の下にはチャネルストッパ領域を形成しなくともよい。その後、半導体基板1の主面の前記窒化シリコン膜44を熱リン酸を使ったエッチングで除去する(図19)。
なお、図19において、(A)で示す領域はメモリセル形成領域を、(B)および(C)で示す領域は周辺回路形成領域をそれぞれ表している。また、周辺回路形成領域のうち、(B)で示す領域は周辺回路のnチャネル型MISFET形成領域、(C)で示す領域は周辺回路のpチャネル型MISFET形成領域をそれぞれ表している。
次に、p-型ウエル2p、n型ウエル2nのそれぞれの活性領域の主面に酸化シリコン膜(図示せず)を形成する。酸化シリコン膜は熱酸化法で形成し、12〜14nm程度の膜厚とする。続いて、p-型ウエル2p、n型ウエル2nのそれぞれの活性領域の主面に、メモリセルMCの駆動用MISFETQd1、Qd2のしきい値電圧調整用の不純物を導入する。しきい値電圧調整用の不純物としては、例えばBF2を導入する。BF2はイオン注入法を使用し、40keV程度のエネルギーで3.4×1013/cm2程度導入する。
次に、p-型ウエル2p、n型ウエル2nのそれぞれの活性領域の主面の前記酸化シリコン膜を希フッ酸水溶液によるエッチングで除去した後、p-型ウエル2p、n型ウエル2nのそれぞれの活性領域の主面にメモリセルMCの駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート絶縁膜5を形成する。ゲート絶縁膜5は熱酸化法で形成し、その膜厚は9nm程度とする。
次に、半導体基板1の全面に第1層目のゲート材である多結晶シリコン膜46を堆積する。この多結晶シリコン膜46は、メモリセルMCの駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極6として使用する。多結晶シリコン膜46はCVD法で形成し、その膜厚は35〜45nm程度とする。この多結晶シリコン膜46は、抵抗値を低減するため、その堆積時にn型不純物(例えばP)が導入される。Pの濃度は、1×1020/cm2程度である(図20)。
次に、上記多結晶シリコン膜46の上に酸化シリコン膜からなる絶縁膜9を堆積する。酸化シリコン膜(絶縁膜9)はCVD法で形成し、その膜厚は120〜140nm程度とする。この絶縁膜9は、メモリセルMCの駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極6とその上層に形成される導電層とを電気的に分離するために形成する。続いて、絶縁膜9の上に形成したフォトレジスト膜47をマスクにして絶縁膜9およびその下層の多結晶シリコン膜46を順次エッチングすることにより、メモリセルMCの駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極6を形成する(図21)。
次に、上記フォトレジスト膜47をアッシングで除去した後、半導体基板1の全面に酸化シリコン膜(図示せず)を堆積する。この酸化シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は120〜140nm程度とする。続いて、この酸化シリコン膜をRIE(Reactive Ion Etching)などの異方性エッチングでエッチングして、駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極6の側壁にサイドウォールスペーサ8を形成する(図22)。
次に、駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極6の下を除くp-型ウエル2p、n型ウエル2nのそれぞれの活性領域の主面のゲート絶縁膜5を希フッ酸水溶液によるエッチングで除去した後、p-型ウエル2p、n型ウエル2nのそれぞれの活性領域の主面に新たな酸化シリコン膜(図示せず)を形成する。この酸化シリコン膜は熱酸化法で形成し、10nm程度の膜厚とする。
続いて、p-型ウエル2p、n型ウエル2nのそれぞれの活性領域の主面に、メモリセルMCの転送用MISFETQt1、Qt2のしきい値電圧調整用の不純物を導入する。しきい値電圧調整用の不純物としては、例えばBF2を導入する。BF2は、イオン注入法を使用し、40keV程度のエネルギーで1.6×1012/cm2程度導入する。
次に、p-型ウエル2p、n型ウエル2nのそれぞれの活性領域の主面の前記酸化シリコン膜を希フッ酸水溶液によるエッチングで除去した後、p-型ウエル2p、n型ウエル2nのそれぞれの活性領域の主面にゲート絶縁膜10を形成する。ゲート絶縁膜10は、メモリセルMCの転送用MISFETQt1、Qt2、周辺回路のnチャネル型MISFET、pチャネル型MISFETのそれぞれのゲート絶縁膜10として使用する。ゲート絶縁膜10は熱酸化法で形成し、その膜厚は9nm程度とする(図23)。
次に、半導体基板1の全面に第2層目のゲート材(図示せず)を堆積する。このゲート材は、メモリセルMCの転送用MISFETQt1、Qt2、周辺回路のnチャネル型MISFET、pチャネル型MISFETのそれぞれのゲート電極11として使用する。ゲート材は、多結晶シリコン膜とタングステンシリサイド(WSix)膜との積層膜(ポリサイド膜)からなる。下層の多結晶シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は35〜45nm程度とする。この多結晶シリコン膜は、抵抗値を低減するため、その堆積時にn型不純物(例えばP)が導入される。Pの濃度は、2.5×1020/cm2程度である。上層のタングステンシリサイドはCVD法で形成し、その膜厚は55〜65nm程度とする。
次に、上記第2層目のゲート材(ポリサイド膜)の上に酸化シリコン膜からなる絶縁膜13を堆積する。酸化シリコン膜(絶縁膜13)はCVD法で形成し、その膜厚は160〜200nm程度とする。この酸化シリコン膜からなる絶縁膜13は、メモリセルMCの転送用MISFETQt1、Qt2、周辺回路のnチャネル型MISFET、pチャネル型MISFETのそれぞれのゲート電極11とそれらの上層に形成される導電層とを電気的に分離するために形成する。
続いて、上記絶縁膜13の上にフォトレジスト膜48を形成し、これをマスクにして絶縁膜13およびその下層の前記第2層目のゲート材(ポリサイド膜)を順次エッチングすることにより、メモリセルMCの転送用MISFETQt1、Qt2、周辺回路のnチャネル型MISFET、pチャネル型MISFETのそれぞれのゲート電極11(およびワード線WL)を形成する(図24)。
次に、上記フォトレジスト膜48をアッシングで除去した後、半導体基板1の主面に新たなフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、これをマスクにしてメモリセルMCの転送用MISFETQt1、Qt2の形成領域および周辺回路のnチャネル型MISFETの形成領域のそれぞれの半導体基板1の主面にp型不純物およびn型不純物を順次導入する。p型不純物としては、例えばBF2を導入する。BF2はイオン注入法を使用し、40keV程度のエネルギーで1×1013/cm2程度導入する。n型不純物としては、例えばPを導入する。Pはイオン注入法を使用し、50keV程度のエネルギーで3.5×1013/cm2程度導入する。
次に、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、半導体基板1の主面に導入した上記n型不純物、p型不純物のそれぞれを引伸し拡散させ、メモリセルMCの転送用MISFETQt1、Qt2、周辺回路のnチャネル型MISFETのそれぞれのソース形成領域およびドレイン形成領域の半導体基板1の主面にn型半導体領域12aおよびp型半導体領域14を形成する。
n型半導体領域12aおよびp型半導体領域14は、ゲート電極11に対して自己整合的に形成される。p型不純物はn型不純物に比べて拡散速度が大きく、かつn型不純物よりも高エネルギーで導入されるので、p型半導体領域14は、n型半導体領域12aの下に形成される(図25)。
次に、半導体基板1の主面にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、これをマスクにしてn型ウエル2n、すなわち周辺回路のpチャネル型MISFETの形成領域の半導体基板1の主面にn型不純物およびp型不純物を順次導入する。n型不純物としては、例えばPを導入する。Pはイオン注入法を使用し、100keV程度のエネルギーで7×1012/cm2程度導入する。p型不純物としては、例えばBF2を導入する。BF2はイオン注入法を使用し、40keV程度のエネルギーで5×1012/cm2程度導入する。
次に、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、半導体基板1の主面に導入した上記n型不純物、p型不純物のそれぞれを引伸し拡散させ、周辺回路のpチャネル型MISFETのソース形成領域およびドレイン形成領域の半導体基板1の主面にp型半導体領域50aおよびn型半導体領域51を形成する。p型半導体領域50aおよびn型半導体領域51は、ゲート電極11に対して自己整合的に形成される。n型不純物はp型不純物に比べて高エネルギーで導入されるので、n型半導体領域51は、p型半導体領域50aの下に形成される(図26)。
次に、半導体基板1の主面にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、これをマスクにしてメモリセルMCの駆動用MISFETQd1、Qd2の形成領域の半導体基板1の主面にn型不純物100を導入する(図28)。n型不純物100としては、例えばPを導入する。Pはイオン注入法を使用し、50keV程度のエネルギーで3×1014/cm2程度導入する。
この時、同時に周辺回路の一部のnチャネル型MISFETのソース形成領域の半導体基板1の主面にも上記n型不純物を導入する(図28)。このn型不純物を導入する周辺回路のnチャネル型MISFETは、その一対の半導体領域の一方向のみに電流が流れる、いわゆる非対称構造のnチャネル型MISFETに限られ、一対の半導体領域の両方向から電流が流れる対称構造のnチャネル型MISFETにはこのn型不純物を導入しない。
一例として、SRAMの周辺回路のうち、前記メモリブロックMBの一端に配置されたセンスアンプ回路SAおよびその近傍の回路の構成を図27に示す。図中、太い破線で囲んだ領域(Yセレクタ回路YSW、マルチプレクサ、データバスマルチプレクサなど)のnチャネル型MISFETは対称構造であり、その他の領域(ビット線負荷回路、ライトリカバリ回路、イコライザ、センスアンプSA(1),SA(2)、メインアンプ、出力バッファ、出力MOSなど)のnチャネル型MISFETは非対称構造である。従って、前記n型不純物は、この太い破線で囲んだ領域内のnチャネル型MISFETを除いた他のnチャネル型MISFETのソース形成領域にのみ導入する。
次に、前記フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、半導体基板1の全面に酸化シリコン膜(図示せず)を堆積する。この酸化シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は140〜160nm程度とする。続いて、この酸化シリコン膜をRIEなどの異方性エッチングでエッチングして、メモリセルMCの転送用MISFETQt1、Qt2、周辺回路のnチャネル型MISFETおよびpチャネル型MISFETのそれぞれのゲート電極11(ワード線WL)の側壁にサイドウォールスペーサ15を形成する(図28)。
次に、半導体基板1の主面にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、これをマスクにしてp-型ウエル2p、すなわちメモリセルMCの駆動用MISFETQd1、Qd2の形成領域、転送用MISFETQt1、Qt2の形成領域および周辺回路のnチャネル型MISFETの形成領域のそれぞれの半導体基板1の主面にn型不純物を導入する。n型不純物としては、例えばAsを導入する。Asはイオン注入法を使用し、50keV程度のエネルギーで3×1015/cm2程度導入する。
次に、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、半導体基板1の主面に導入した上記n型不純物を引伸し拡散させる。メモリセルMCの駆動用MISFETQd1、Qd2の形成領域の半導体基板1の主面には、拡散速度および濃度の異なる2種のn型不純物(P(n型不純物100)およびAs)が導入されているので、Asで高い不純物濃度のn+型半導体領域7bが形成され、その下にP(n型不純物100)でn+型半導体領域7bよりも低い不純物濃度のn型半導体領域7aが形成される。すなわち、この引伸し拡散により、2重拡散ドレイン構造の駆動用MISFETQd1、Qd2(および転送用MISFETQt1、Qt2のソース領域)が完成する。n+型半導体領域7bおよびn型半導体領域7aは、駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極6およびその側壁に形成されたサイドウォールスペーサ8に対して自己整合的に形成される(図29)。
また、メモリセルMCの転送用MISFETQt1、Qt2の形成領域の半導体基板1の主面にはAsのみが導入されているので、このAsで高い不純物濃度のn+型半導体領域12bが形成される。このn+型半導体領域12bは、転送用MISFETQt1、Qt2のゲート電極11およびその側壁に形成されたサイドウォールスペーサ15に対して自己整合的に形成される。転送用MISFETQt1、Qt2の形成領域の半導体基板1の主面には、前の工程で低い不純物濃度のn型半導体領域12a(およびp型半導体領域14)が形成されているので、上記引伸し拡散により、LDD構造の半導体領域12を有する転送用MISFETQt1、Qt2が完成する(図29)。
また、周辺回路のnチャネル型MISFETのうち、前記対称構造のnチャネル型MISFETの形成領域の半導体基板1の主面にはAsのみが導入されているので、このAsで高い不純物濃度のn+型半導体領域12bが形成される。このn+型半導体領域12bは、nチャネル型MISFETのゲート電極11およびその側壁に形成されたサイドウォールスペーサ15に対して自己整合的に形成される。このnチャネル型MISFETの形成領域の半導体基板1の主面には、前の工程で低い不純物濃度のn型半導体領域12a(およびp型半導体領域14)が形成されているので、上記引伸し拡散により、LDD構造のnチャネル型MISFETQn1が完成する(図29)。
このように、周辺回路のnチャネル型MISFETのうち、nチャネル型MISFETQn1は、LDD構造で構成され、かつ低不純物濃度のn型半導体領域12aの下に低不純物濃度のp型半導体領域14が形成されているので、短チャネル効果が抑制される。これにより、nチャネル型MISFETQn1の占有面積を縮小してメモリセルMCの占有面積を縮小し、SRAMの集積度を向上させることができる。
また、周辺回路のnチャネル型MISFETのうち、前記非対称構造のnチャネル型MISFETのソース形成領域の半導体基板1の主面にはP(n型不純物100)およびAsが導入されているので、このソース形成領域にはこのAsで高い不純物濃度のn+型半導体領域7bが形成され、その下にPでn型半導体領域7aが形成される。このn型半導体領域7aおよびn+型半導体領域7bは、nチャネル型MISFETのゲート電極11およびその側壁に形成されたサイドウォールスペーサ15に対して自己整合的に形成される。このnチャネル型MISFETの形成領域の半導体基板1の主面には、前の工程で低い不純物濃度のn型半導体領域12a(およびp型半導体領域14)が形成されているので、上記引伸し拡散により、一方の半導体領域(ドレイン領域)12がLDD構造で、他方の半導体領域(ソース領域)12が2重拡散ドレイン構造のnチャネル型MISFETQn2が完成する(図30)。なお、n型半導体領域7aは、n型半導体領域12aやp型半導体領域14よりも高い不純物濃度を持っている。
このように、周辺回路のnチャネル型MISFETのうち、非対称構造のnチャネル型MISFETn2は、一方の半導体領域(ソース領域)12が2重拡散ドレイン構造で構成されているので、この半導体領域(ソース領域)12の抵抗値が低減され、電圧低下を防止することができる。これにより、メモリセルMCの情報の書込み動作および読出し動作を速め、SRAMの動作速度の高速化を図ることができる。
また、低不純物濃度のn型半導体領域12aの下に低不純物濃度のp型半導体領域14が形成されているので、短チャネル効果が抑制される。これにより、nチャネル型MISFETQn2の占有面積を縮小してメモリセルMCの占有面積を縮小し、SRAMの集積度を向上させることができる。
次に、半導体基板1の主面にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、これをマスクにしてメモリセルMCの駆動用MISFETQd1、Qd2の一方の半導体領域(ソース領域)7上の絶縁膜(駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート絶縁膜5と同一工程で形成した絶縁膜)、転送用MISFETQt1、Qt2の一方の半導体領域(ドレイン領域)12上の絶縁膜(転送用MISFETQt1、Qt2のゲート絶縁膜10と同一工程で形成した絶縁膜)、周辺回路のnチャネル型MISFETQnの一方の半導体領域(ドレイン領域)12上の絶縁膜(nチャネル型MISFETQnのゲート絶縁膜10と同一工程で形成した絶縁膜)のそれぞれを開孔して、駆動用MISFETQd1、Qd2の一方の半導体領域(ソース領域)7上にコンタクトホール17Aを、転送用MISFETQt1、Qt2の一方の半導体領域(ドレイン領域)12上にコンタクトホール17Bを、周辺回路のnチャネル型MISFETQnの一方の半導体領域(ドレイン領域)12上にコンタクトホール17Cをそれぞれ形成する。
次に、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、半導体基板1の全面に第3層目のゲート材(図示せず)を堆積する。このゲート材は、多結晶シリコン膜とタングステンシリサイド(WSix)膜との積層膜(ポリサイド膜)からなる。下層の多結晶シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は25〜35nm程度とする。この多結晶シリコン膜は、抵抗値を低減するため、その堆積時にn型不純物(例えばP)が導入される。Pの濃度は、2.5×1020/cm2程度である。上層のタングステンシリサイドはCVD法で形成し、その膜厚は35〜45nm程度とする。
次に、上記第3層目のゲート材(ポリサイド膜)の上に酸化シリコン膜からなる絶縁膜21を堆積する。酸化シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は125〜155nm程度とする。続いて、この絶縁膜21の上にフォトレジスト膜49を形成し、これをマスクにして絶縁膜21およびその下層の第3層目のゲート材(ポリサイド膜)を順次エッチングすることにより、前記コンタクトホール17Aを通じてメモリセルMCの駆動用MISFETQd1、Qd2の一方の半導体領域(ソース領域)7に接続された基準電圧線(VSS)16A、前記コンタクトホール17Bを通じて転送用MISFETQt1、Qt2の一方の半導体領域(ドレイン領域)12に接続されたパッド層16B、前記コンタクトホール17Cを通じて周辺回路のnチャネル型MISFETQnの一方の半導体領域(ドレイン領域)12に接続されたパッド層16Cをそれぞれ形成する(図31)。
次に、上記フォトレジスト膜49をアッシングで除去した後、半導体基板1の全面に酸化シリコン膜(図示せず)を堆積する。この酸化シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は110〜130nm程度とする。続いて、この酸化シリコン膜をRIEなどの異方性エッチングでエッチングして、メモリセルMCの駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極6の一方の側壁、基準電圧線(VSS)16A(およびその上の絶縁膜21)の側壁、転送用MISFETQt1、Qt2のゲート電極11(ワード線WL)の一方の側壁、パッド層16B(およびその上の絶縁膜21)の側壁、周辺回路のnチャネル型MISFETQnのゲート電極11の一方の側壁、パッド層16C(およびその上の絶縁膜21)のそれぞれの側壁にサイドウォールスペーサ52を形成する(図32)。
次に、半導体基板1の全面に酸化シリコン膜からなる絶縁膜22を堆積した後、その上に第4層目のゲート材である多結晶シリコン膜53を堆積する(図33)。この酸化シリコン膜および多結晶シリコン膜53はCVD法で形成し、それぞれ20nm程度の膜厚とする。多結晶シリコン膜53は、メモリセルMCの負荷用MISFETQp1、Qp2のチャネル領域18N、ドレイン領域18Pおよびソース領域18Pを構成する導電層として使用する。
次に、上記多結晶シリコン膜53にn型不純物(例えばP)を導入する。Pはイオン注入法を使用し、20keVのエネルギーで1×1012/cm2程度導入する。このPは負荷用MISFETQp1、Qp2のしきい値電圧をエンハンスメント型に設定するために導入する。
続いて、上記多結晶シリコン膜53の上にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、これをマスクにして多結晶シリコン膜53の一部にp型不純物(例えばBF2)を導入する。BF2はイオン注入法を使用し、20keV程度のエネルギーで1×1012/cm2程度導入する。このBF2の導入により、負荷用MISFETQp1、Qp2のドレイン領域18Pおよびソース領域18Pが形成され、このドレイン領域18Pとソース領域18Pとの間に負荷用MISFETQp1、Qp2のチャネル領域18Nが形成される。
次に、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、上記多結晶シリコン膜53の上に新たなフォトレジスト膜54を形成し、これをマスクにして多結晶シリコン膜53をエッチングすることにより、負荷用MISFETQp1、Qp2のチャネル領域18N、ドレイン領域18Pおよびソース領域18Pをそれぞれ形成する(図34)。
次に、上記フォトレジスト膜54をアッシングで除去した後、半導体基板1の主面に新たなフォトレジスト膜55を形成し、これをマスクにして周辺回路のpチャネル型MISFETの形成領域の半導体基板1の主面にp型不純物を導入して、高い不純物濃度のp+半導体領域50bを形成する。p型不純物としては、例えばBF2を導入する。BF2はイオン注入法を使用し、60keV程度のエネルギーで2×1015/cm2程度導入する。
上記p+半導体領域50bは、pチャネル型MISFETのゲート電極11、その側壁に形成されたサイドウォールスペーサ15、52および絶縁膜22に対して自己整合的に形成される。pチャネル型MISFETの形成領域の半導体基板1の主面には、前の工程で低い不純物濃度のp型半導体領域50a(およびn型半導体領域51)が形成されているので、このp型半導体領域50aとp+半導体領域50bとでpチャネル型MISFETの半導体領域(ソース領域、ドレイン領域)50が形成され、LDD構造のpチャネル型MISFETQpが完成する(図35)。
このように、周辺回路のpチャネル型MISFETQnは、LDD構造で構成され、かつ低不純物濃度のp型半導体領域50aの下に低不純物濃度のn型半導体領域51が形成されているので、短チャネル効果が抑制される。これにより、pチャネル型MISFETQpの占有面積を縮小してメモリセルMCの占有面積を縮小し、SRAMの集積度を向上させることができる。
次に、上記フォトレジスト膜55をアッシングで除去した後、半導体基板1の全面にメモリセルMCの負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート絶縁膜19を堆積する。このゲート絶縁膜19は酸化シリコン膜からなる。酸化シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は35〜45nm程度とする。
次に、上記ゲート絶縁膜19の上にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、これをマスクにしてメモリセルMCの負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート絶縁膜19、ドレイン領域18P、絶縁膜22、絶縁膜9などを順次エッチングすることにより、メモリセルMCの駆動用MISFETQd1の一方の半導体領域(ドレイン領域)7(転送用MISFETQt1の一方の半導体領域12)、および駆動用MISFETQd2の一方の半導体領域(ドレイン領域)7(転送用MISFETQt2の一方の半導体領域12)のそれぞれの主面にコンタクトホール23を形成する(図36)。同図に示すように、このコンタクトホール23の側壁には、負荷用MISFETQp1、Qp2のドレイン領域18Pの断面部および駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極6の一端の主面部がそれぞれ露出する。
次に、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、半導体基板1の全面に第5層目のゲート材である多結晶シリコン膜(図示せず)を堆積する。この多結晶シリコン膜は、メモリセルMCの負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート電極20、容量素子Cの第1電極として使用する。多結晶シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は65〜75nm程度とする。この多結晶シリコン膜は、抵抗値を低減するため、その堆積時にn型不純物(例えばP)が導入される。Pの濃度は、1×1020〜1×1021/cm2程度である。
次に、上記多結晶シリコン膜の上にフォトレジスト膜(図示せず)を形成した後、これをマスクにして多結晶シリコン膜をエッチングし、負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート電極20(および容量素子Cの第1電極)を形成することにより、負荷用MISFETQp1、Qp2が完成する。その後、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去する(図37)。
上記負荷用MISFETQp2のゲート電極20の形成により、このゲート電極20と、駆動用MISFETQd1の一方の半導体領域(ドレイン領域)7(転送用MISFETQt1の一方の半導体領域12)と、負荷用MISFETQp1のドレイン領域18Pと、駆動用MISQd2のゲート電極6とが前記コンタクトホール23を通じて相互に接続される。また、同様に、上記負荷用MISFETQp1のゲート電極20の形成により、このゲート電極20と、駆動用MISFETQd2の一方の半導体領域(ドレイン領域)7(転送用MISFETQt2の一方の半導体領域12)と、負荷用MISFETQp2のドレイン領域18Pと、駆動用MISQd1のゲート電極6とがコンタクトホール23を通じて相互に接続される。
このように、半導体基板1の主面に形成された駆動用MISFETQdの一方の半導体領域(ドレイン領域)7(転送用MISFETQtの一方の半導体領域12)と、第1層目のゲート材で構成された駆動用MISFETQdのゲート電極6と、第4層目のゲート材で構成された負荷用MISFETQpのドレイン領域18Pと、第5層目のゲート材で構成された負荷用MISFETQpのゲート電極20とを1個のコンタクトホール23を通じて相互に接続することにより、これらの導電層を複数のコンタクトホールを通じて接続する場合に比べて、コンタクトホールを形成する工程が低減されるので、SRAMの製造工程数を低減することができる。
次に、半導体基板1の全面に絶縁膜24を堆積する。この絶縁膜24は容量素子Cの誘電体膜として使用される。絶縁膜24は、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜からなる。下層の酸化シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は9〜11nm程度とする。上層の窒化シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は9〜11nm程度とする。上層の窒化シリコン膜は、負荷用MISFETQpのチャネル領域18Nに水分が浸入するのを防ぐバリヤ層として作用し、これにより、負荷用MISFETQpのしきい値電圧の変動を防止することができ、負荷用MISFETQpの回路動作の信頼性を向上させることができる。
次に、上記絶縁膜24の上にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、これをマスクにして絶縁膜24をエッチングすることにより、負荷用MISFETQp1、Qp2のソース領域18Pの上にコンタクトホール26Aを、また周辺回路のpチャネル型MISFETQpの一方の半導体領域50の上にコンタクトホール26Bをそれぞれ形成する。その後、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去する(図38)。
次に、半導体基板1の全面に第6層目のゲート材である多結晶シリコン膜を堆積する。この多結晶シリコン膜は、電源電圧線(VCC)25A、容量素子Cの第2電極(プレート電極)、周辺回路のpチャネル型MISFETQpの一方の半導体領域50上のパッド層25Bとして使用する。多結晶シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は65〜75nm程度とする。多結晶シリコン膜は、抵抗値を低減するためにp型不純物(例えばBF2)を導入する。BF2はイオン注入法を使用し、40keV程度のエネルギーで3×1015/cm2程度導入する。
次に、上記多結晶シリコン膜の上にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、これをマスクにして多結晶シリコン膜をエッチングすることにより、電源電圧線(VCC)5A、容量素子Cおよびパッド層25Bをそれぞれ形成する。また、電源電圧線(VCC)25Aの一部に開孔27を形成する。電源電圧線(VCC)25Aは、前記コンタクトホール26Aを通じてメモリセルMCの負荷用MISFETQp1、Qp2のソース領域18Pに接続される。パッド層25Bは、前記コンタクトホール26Bを通じて周辺回路のpチャネル型MISFETQpの一方の半導体領域50に接続される。その後、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去する(図39)。
次に、半導体基板1の全面に層間絶縁膜28を堆積する。層間絶縁膜28は、酸化シリコン膜とBPSG膜との積層膜からなる。下層の酸化シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は90〜110nm程度とする。上層のBPSG膜はCVD法で形成し、その膜厚は270〜330nm程度とする。このBPSG膜を堆積した後、例えば850℃程度の窒素ガス雰囲気中で半導体基板1を20分程度アニールすることにより、BPSG膜の表面を平坦化する。
次に、上記層間絶縁膜28の上にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、これをマスクにして層間絶縁膜28、絶縁膜24、絶縁膜19、絶縁膜22などをエッチングすることにより、メモリセルMCの転送用MISFETQt1、Qt2の一方の半導体領域12上にコンタクトホール30Aを形成する。この時、同時に周辺回路のnチャネル型MISFETQnの一方の半導体領域12の上にコンタクトホール30Bを、pチャネル型MISFETQpの一方の半導体領域50の上にコンタクトホール30Cをそれぞれ形成する。その後、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去する(図40)。
次に、半導体基板1の全面に第1層目の配線材を堆積する。この配線材は、TiW膜(下層)とW膜(上層)との積層膜からなる。TiW膜とW膜とはそれぞれスパッタ法で形成し、W膜の膜厚は300nm程度とする。続いて、この配線材の上にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、これをマスクにして配線材をエッチングすることにより、サブアレイSMA上にサブワード線SWLおよび中間導電層29Aを、周辺回路上に配線29B、29Cをそれぞれ形成した後、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去する。
上記中間導電層29Aは、コンタクトホール30Aを通じて前記パッド層16Bに接続され、さらにコンタクトホール17Bを通じてメモリセルMCの転送用MISFETQt1、Qt2の一方の半導体領域12に接続される。配線29Bは、コンタクトホール30Bを通じて前記パッド層16Cに接続され、さらにコンタクトホール17Cを通じて周辺回路のnチャネル型MISFETQnの一方の半導体領域12に接続される。配線29Cは、コンタクトホール30Cを通じてパッド層25Bに接続され、さらにコンタクトホール26Bを通じて周辺回路のpチャネル型MISFETQpの一方の半導体領域50に接続される(図41)。
次に、半導体基板1の全面に第2層目の層間絶縁膜31を堆積する。この層間絶縁膜31は、酸化シリコン膜、スピンオングラス膜、酸化シリコン膜を順次積層した3層膜からなる。下層の酸化シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は90〜110nm程度とする。中間層のスピンオングラス膜はスピン塗布法で堆積し、その膜厚は200nm程度とする。このスピンオングラス膜を堆積した後、エッチバックを行い、その表面を平坦化する。上層の酸化シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は360〜440nm程度とする。
次に、上記層間絶縁膜31の上にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、これをマスクにして層間絶縁膜31をエッチングすることにより、サブアレイSMA上にコンタクトホール32Aを、周辺回路上にコンタクトホール32B、32Cをそれぞれ形成する。
次に、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、半導体基板1の全面に第2層目の配線材を堆積する。この配線材は、バリアメタル膜、Al合金膜、バリアメタル膜を順次積層した3層膜からなる。バリアメタルはTiWで構成され、Al合金は、CuおよびSiを添加したアルミニウムで構成される。TiW膜とAl合金膜とはそれぞれスパッタ法で形成し、Al合金膜の膜厚は300nm程度とする。
次に、上記配線材の上にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、これをマスクにして配線材をエッチングすることにより、サブアレイSMA上に相補性データ線DL(第1データ線DL1、第2データ線DL2)を、周辺回路上に配線56A、56Bをそれぞれ形成した後、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去する。
相補性データ線DLのうち、第1データ線DL1は、前記コンタクトホール32Aを通じて中間導電層29Aに接続され、次いでコンタクトホール30Aを通じてパッド層16Bに接続され、さらにコンタクトホール17Bを通じてメモリセルの転送用MISFETQt1の一方の半導体領域(ドレイン領域)12に接続される。第2データ線DL2は、前記コンタクトホール32Aを通じて中間導電層29Aに接続され、次いでコンタクトホール30Aを通じてパッド層16Bに接続され、さらにコンタクトホール17Bを通じて転送用MISFETQt2の一方の半導体領域(ドレイン領域)12に接続される。
このように、相補性データ線DLと転送用MISFETQtの一方の半導体領域(ドレイン領域)12とを中間導電層29Aおよびパッド層16Bを介して接続することにより、コンタクトホール32A、コンタクトホール30A、コンタクトホール17Bのそれぞれの合わせ余裕が不要となるので、転送用MISFETQtの半導体領域(ドレイン領域)12の面積を縮小することができる。
これにより、メモリセルMCの占有面積を縮小し、SRAMの集積度を向上させることができる。また、これにより、転送用MISFETQtの半導体領域(ドレイン領域)12の容量を低減することができるので、メモリセルMCの情報書込み動作および情報読出し動作を速め、SRAMの動作速度の高速化を図ることができる。
配線56Aは、コンタクトホール32Bを通じて前記配線29Bに接続され、次いでコンタクトホール30Bを通じてパッド層16Cに接続され、さらにコンタクトホール17Cを通じて周辺回路のnチャネル型MISFETQnの一方の半導体領域12に接続される。配線56Bは、コンタクトホール32Cを通じて前記配線29Cに接続され、次いでコンタクトホール30Cを通じてパッド層25Bに接続され、さらにコンタクトホール26Bを通じて周辺回路のpチャネル型MISFETQpの一方の半導体領域50に接続される(図42)。
このように、配線56Aと周辺回路のnチャネル型MISFETQnの一方の半導体領域12とを配線29Bおよびパッド層16Cを介して接続することにより、コンタクトホール32B、コンタクトホール30B、コンタクトホール17Cのそれぞれの合わせ余裕が不要となるので、周辺回路のnチャネル型MISFETQnの半導体領域12の面積を縮小することができる。
これにより、周辺回路の占有面積を縮小し、SRAMの集積度を向上させることができる。また、これにより、周辺回路のnチャネル型MISFETQnの半導体領域12の容量を低減することができるので、メモリセルMCの情報書込み動作および情報読出し動作を速め、SRAMの動作速度の高速化を図ることができる。
また、配線56Bと周辺回路のpチャネル型MISFETQpの一方の半導体領域50とを配線29Cおよびパッド層25Bを介して接続することにより、コンタクトホール32C、コンタクトホール26Bのそれぞれの合わせ余裕が不要となるので、周辺回路のpチャネル型MISFETQpの半導体領域50の面積を縮小することができる。
これにより、周辺回路の占有面積を縮小し、SRAMの集積度を向上させることができる。また、これにより、周辺回路のpチャネル型MISFETQpの半導体領域50の容量を低減することができるので、メモリセルMCの情報書込み動作および情報読出し動作を速め、SRAMの動作速度の高速化を図ることができる。
次に、半導体基板1の全面に第3層目の層間絶縁膜33を堆積する。この層間絶縁膜33は、例えば酸化シリコン膜、酸化シリコン膜、スピンオングラス膜、酸化シリコン膜を順次積層した4層膜からなる。酸化シリコン膜はCVD法で形成する。中間層のスピンオングラス膜はスピン塗布法で堆積し、その膜厚は200nm程度とする。スピンオングラス膜を堆積した後、エッチバックを行い、その表面を平坦化する。
次に、半導体基板1の全面に第3層目の配線材を堆積する。この配線材は、バリアメタル膜、Al合金膜、バリアメタル膜を順次積層した3層膜からなる。バリアメタルはTiWで構成され、Al合金は、CuおよびSiを添加したアルミニウムで構成される。TiW膜とAl合金膜とはそれぞれスパッタ法で形成し、Al合金膜の膜厚は800nm程度とする。
次に、上記配線材の上にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、これをマスクにして配線材をエッチングすることにより、サブアレイSMA上にメインワード線MWLを形成する。続いて、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、半導体基板1の全面にファイナルパッシベーション膜34を堆積する。このファイナルパッシベーション膜34は、酸化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、ポリイミド樹脂膜を順次積層した4層膜からなる。酸化シリコン膜、窒化シリコン膜はそれぞれCVD法で形成する。ポリイミド樹脂膜はスピン塗布法で堆積し、その膜厚は10000nm程度とする(図43)。以上の工程により、本実施の形態のSRAMが完成する。
(実施の形態2)
本実施の形態のSRAMは、サブアレイSMAにおいて、メモリセルMCの駆動用MISFETQd1、Qd2に共通のソース線として構成される基準電圧線(VSS)16Aの形状の一部が前記実施の形態のものと異なっている。
すなわち、本実施の形態では、図44、図45に示すように、第3層目のゲート材形成工程で形成される基準電圧線(VSS)16Aの一部(図45の○印で囲んだ箇所)を行方向に延在することにより、駆動用MISFETQd1の一方の半導体領域(ドレイン領域)7(転送用MISFETQt1の一方の半導体領域12)の上部をこの基準電圧線(VSS)16Aと転送用MISFETQt1のゲート電極11(ワード線WL1)とで囲み、同じく駆動用MISFETQd2の一方の半導体領域(ドレイン領域)7(転送用MISFETQt2の一方の半導体領域12)の上部をこの基準電圧線(VSS)16Aと転送用MISFETQt2のゲート電極11(ワード線WL2)とで囲んでいる。すなわち、基準電圧線(VSS)16A上には125〜155nm程度の厚い膜厚の酸化シリコン膜21が、ワード線(WL)上には100〜200nm程度の厚い膜厚の酸化シリコン膜13がそれぞれ形成されているので、駆動用MISFETQd1、Qd2の半導体領域(ドレイン領域)7は、これら厚い膜厚の酸化シリコン膜13、21で囲まれた構成になる。
このようにすると、一方の駆動用MISFETQdの半導体領域(ドレイン領域)7上に、この半導体領域(ドレイン領域)7と、一方の負荷用MISFETQpのドレイン領域18Pと、他方の負荷用MISFETQpのゲート電極20と、他方の駆動用MISFETQdのゲート電極6とを相互に接続するコンタクトホール23を開孔する際、その合わせ余裕を大きくすることができる。
すなわち、コンタクトホール23の開孔位置がずれた場合でも、酸化シリコン膜13、21がエッチングで削れる量は、それらの膜厚に比べて充分小さいので、酸化シリコン膜13、21がエッチングのバッファ層として作用する。これにより、駆動用MISFETQdの半導体領域(ドレイン領域)7の面積を縮小することができるので、メモリセルMCの占有面積を縮小し、SRAMの集積度を向上させることができる。
(実施の形態3)
前記実施の形態1のSRAMのメモリセルMCは、第5層目のゲート材形成工程で形成される負荷用MISFETQp1、Qp2のそれぞれのゲート電極20と、第6層目のゲート材形成工程で形成される電源電圧線(VCC)25Aとの間に2個の容量素子Cを配置しているが、本実施の形態のSRAMは、図46に示すように、駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極(6)と、この駆動用MISFETQd1、Qd2のソース領域(7)に接続される基準電圧線(VSS)16Aとの間に2個の容量素子Cを配置している。
すなわち、容量素子Cは、駆動用MISFETQd1、Qd2のそれぞれのゲート電極(6)を第1電極とし、その上層の基準電圧線(VSS)16Aを第2電極(プレート電極)とし、このゲート電極(6)と基準電圧線(VSS)16Aとの間の絶縁膜を誘電体膜とするスタック(積層)構造で構成されている。
次に、上記容量素子Cの具体的な製造方法について、図47〜図53を用いて説明する。なお、以下の説明では、周辺回路のnチャネル型MISFET、pチャネル型MISFETの製造方法の説明は省略する。
まず、前記実施の形態1と同様、半導体基板1のp-型ウエル2pの活性領域の主面にメモリセルMCの駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート絶縁膜5を形成した後、半導体基板1の全面に第1層目のゲート材である多結晶シリコン膜(図示せず)を堆積する。続いて、この多結晶シリコン膜の上に形成したフォトレジスト膜57をマスクにしてこの多結晶シリコン膜をエッチングすることにより、駆動用MISFETQd1、Qd2のそれぞれのゲート電極6を形成する(図47)。
次に、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、半導体基板1の全面に絶縁膜58を堆積する(図48)。この絶縁膜58は、例えばCVD法で形成した酸化シリコン膜(下層)およびCVD法で形成した窒化シリコン膜(上層)の積層膜からなる。また、この絶縁膜58は、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜に代えて、窒化シリコン膜のみで構成してもよい。
次に、半導体基板1の全面に第2層目のゲート材である多結晶シリコン膜59をCVD法で形成する(図49)。この多結晶シリコン膜59は、抵抗値を低減するため、その堆積時にn型不純物(例えばP)が導入される。
次に、図示は省略するが、半導体基板1のp-型ウエル2pの活性領域の主面に転送用MISFETQt1、Qt2のしきい値電圧調整用の不純物を導入した後、p-型ウエル2pの活性領域の主面の酸化シリコン膜を希フッ酸水溶液によるエッチングで除去し、新たに熱酸化法でゲート絶縁膜10を形成する。
次に、図示は省略するが、半導体基板1の全面に第3層目のゲート材を堆積した後、その上にフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにして第3層目のゲート材をエッチングすることにより、転送用MISFETQt1、Qt2のそれぞれのゲート電極11(およびワード線WL)を形成する。このゲート電極11(およびワード線WL)は、多結晶シリコン膜とタングステンシリサイド(WSix)膜との積層膜(ポリサイド膜)からなる。下層の多結晶シリコン膜は、抵抗値を低減するため、その堆積時にn型不純物(例えばP)が導入される。
次に、図示は省略するが、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、半導体基板1の主面に新たなフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにして転送用MISFETQt1、Qt2の形成領域の半導体基板1の主面にp型不純物(例えばBF2)およびn型不純物(例えばP)を順次導入した後、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去し、半導体基板1の主面に導入した上記n型不純物、p型不純物のそれぞれを引伸し拡散させることにより、転送用MISFETQt1、Qt2のソース形成領域およびドレイン形成領域の半導体基板1の主面にn型半導体領域12aおよびp型半導体領域14を形成する。
次に、半導体基板1の主面にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、これをマスクにして駆動用MISFETQd1、Qd2の形成領域の半導体基板1の主面にn型不純物(例えばP)を導入した後、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去する。続いて、半導体基板1の主面にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、これをマスクにして駆動用MISFETQd1、Qd2および転送用MISFETQt1、Qt2の形成領域の半導体基板1の主面にn型不純物(例えばAs)を導入する。
次に、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、半導体基板1の主面に導入した上記n型不純物を引伸し拡散させる。駆動用MISFETQd1、Qd2の形成領域の半導体基板1の主面には、拡散速度および濃度の異なる2種のn型不純物(PおよびAs)が導入されているので、Asで高い不純物濃度のn+型半導体領域7bが形成され、その下にPで低い不純物濃度のn型半導体領域7aが形成される。これにより、半導体基板1の主面に駆動用MISFETQd1、Qd2のそれぞれの半導体領域(ソース領域およびドレイン領域)7が形成され、駆動用MISFETQd1、Qd2が完成する(図50)。
次に、半導体基板1の主面にフォトレジスト膜60を形成した後、これをマスクにして前記絶縁膜58上の多結晶シリコン膜(第2層目のゲート材)59をエッチングし、駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極6を覆うように多結晶シリコン膜59を残す(図51)。多結晶シリコン膜59の下層の絶縁膜58は、窒化シリコン膜(およびその下層の酸化シリコン膜)で構成されているので、この窒化シリコン膜がエッチングのストッパとなり、駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極6の削れを防止することができる。
次に、半導体基板1の全面に絶縁膜61を堆積する。この絶縁膜61は、CVD法で形成した酸化シリコン膜からなる。次に、この絶縁膜61上にフォトレジスト膜62を形成し、これをマスクにして絶縁膜61、絶縁膜58およびゲート絶縁膜5のそれぞれを開孔して駆動用MISFETQd1、Qd2の一方の半導体領域(ソース領域)7上にコンタクトホール17Aを形成する(図52)。
次に、上記フォトレジスト膜62をアッシングで除去した後、半導体基板1の全面に第4層目のゲート材(図示せず)を堆積する。このゲート材は、多結晶シリコン膜とタングステンシリサイド(WSix)膜との積層膜(ポリサイド膜)からなる。多結晶シリコン膜には、その抵抗値を低減するため、堆積時にn型不純物(例えばP)が導入される。
次に、上記第4層目のゲート材(ポリサイド膜)の上にフォトレジスト膜63を形成し、これをマスクにして第4層目のゲート材(ポリサイド膜)を順次エッチングすることにより、前記コンタクトホール17Aを通じて駆動用MISFETQd1、Qd2 の一方の半導体領域(ソース領域)7に接続された基準電圧線(VSS)16Aを形成する。また同時に、駆動用MISFETQd1、Qd2のそれぞれのゲート電極6を第1電極とし、基準電圧線(VSS)16Aを第2電極(プレート電極)とし、このゲート電極6と基準電圧線(VSS)16Aとの間の絶縁膜58、絶縁膜61を誘電体膜とするスタック(積層)構造の容量素子Cを形成する(図53)。
このようにして形成される本実施の形態の容量素子Cは、駆動用MISFETQd1、Qd2のそれぞれのゲート電極6上の前記多結晶シリコン膜59がコンタクトホール17Bの側壁を通じて基準電圧線(VSS)16Aに接続された構成になっている。これにより、ゲート電極6と基準電圧線(VSS)16Aとの間の誘電体膜(絶縁膜58、絶縁膜61)を実効的に薄くすることができるので、大容量の容量素子Cを形成することができ、メモリセルMCのα線ソフトエラー耐性を向上させることができる。
(実施の形態4)
図54に示すように、本実施の形態のSRAMのメモリセルMCは、半導体基板1の主面上に形成した第1導電層で駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極6を構成し、このゲート電極6の上層に形成した第2導電層で転送用MISFETQt1、Qt2のゲート電極11(ワード線WL)を構成し、このゲート電極11(ワード線WL)の上層に形成した第3導電層で基準電圧線(VSS)16Aを構成している。
また、図55に示すように、上記基準電圧線(VSS)16Aの上層に形成した第4導電層で負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート電極20を構成し、このゲート電極20の上層に形成した第5導電層で負荷用MISFETQp1、Qp2のソース領域18P、チャネル領域18Nおよびドレイン領域18Pをそれぞれ構成し、さらにこの第5導電層で電源電圧線(VCC)25Aを構成している。すなわち、電源電圧線(VCC)25Aは、負荷用MISFETQp1、Qp2のソース領域18P、チャネル領域18Nおよびドレイン領域18Pと一体に形成されている。
このように、本実施の形態のメモリセルMCと前記実施の形態1のメモリセルMCとは、負荷用MISFETQp1、Qp2のソース領域18P、チャネル領域18Nおよびドレイン領域18Pを構成する導電層と、負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート電極20を構成する導電層の上下の配置が逆になっている。なお、図面を見易くするため、図55は、負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート電極20の下層に形成された基準電圧線(VSS)16A、駆動用MISFETQd1、Qd2、転送用MISFETQt1、Qt2、フィールド絶縁膜3などの図示が省略してある。
次に、本実施の形態の負荷用MISFETQp1、Qp2の具体的な製造方法について図56〜図59を用いて説明する。なお、以下の説明では、メモリセルMCの基準電圧線(VSS)16A、駆動用MISFETQd1、Qd2、転送用MISFETQt1、Qt2、周辺回路のnチャネル型MISFET、pチャネル型MISFETの製造方法の説明は省略する。
まず、半導体基板1の絶縁膜64上に第4層目のゲート材である多結晶シリコン膜(図示せず)を堆積する。図示はしないが、この絶縁膜64の下層には、第3層目のゲート材で構成された基準電圧線(VSS)16Aが形成されている。この多結晶シリコン膜はCVD法で形成し、その抵抗値を低減するため、堆積時にn型不純物(例えばP)を導入する。続いて、この多結晶シリコン膜の上にフォトレジスト膜65を形成し、これをマスクにして多結晶シリコン膜をエッチングすることにより、絶縁膜64上に負荷用MISFETQp1、Qp2のそれぞれのゲート電極20を形成する(図56)。
次に、上記フォトレジスト膜65をアッシングで除去した後、半導体基板1の全面にCVD法で酸化シリコン膜(図示せず)を堆積し、この酸化シリコン膜をRIEなどの異方性エッチングでエッチングして、負荷用MISFETQp1、Qp2のそれぞれのゲート電極20の側壁にサイドウォールスペーサ66を形成する(図57)。
次に、負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート電極20を熱酸化してその表面に負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート絶縁膜67を形成する(図58)。この熱酸化により、負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート電極20の角部が熱変形して丸みを帯びた形状となる。
次に、半導体基板1の全面に第5層目のゲート材である多結晶シリコン膜をCVD法で堆積する。続いて、この多結晶シリコン膜に負荷用MISFETQp1、Qp2のしきい値電圧をエンハンスメント型に設定するためのn型不純物(例えばP)をイオン注入法で導入した後、この多結晶シリコン膜の上にフォトレジスト膜68を形成する。続いて、このフォトレジスト膜68をマスクにして多結晶シリコン膜の一部にp型不純物(例えばBF2)を導入し、負荷用MISFETQp1、Qp2のドレイン領域18Pおよびソース領域18Pを形成し、このドレイン領域18Pとソース領域18Pとの間に負荷用MISFETQp1、Qp2のチャネル領域18Nを形成することにより、負荷用MISFETQp1、Qp2が完成する(図59)。
このようにして形成される本実施の形態の負荷用MISFETQp1、Qp2は、ゲート電極20の側壁をサイドウォールスペーサ66で保護し、かつゲート電極20を熱酸化してその角部を丸くすることにより、ゲート電極20上に形成されるゲート絶縁膜67の耐圧を向上させることができる。また、ゲート絶縁膜67を熱酸化法で形成することにより、CVD法で形成したゲート絶縁膜に比べて耐圧が向上する。これにより、負荷用MISFETQp1、Qp2の高信頼化を図ることができる。
なお、本実施の形態のSRAMのメモリセルMCにおいて、駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極6、転送用MISFETQt1、Qt2のゲート電極11(ワード線WL)、基準電圧線(VSS)16Aのそれぞれは、図60に示すようなパターンで構成してもよい。
同様に、負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート電極20、負荷用MISFETQp1、Qp2のソース領域18P、チャネル領域18Nおよびドレイン領域18P、電源電圧線(VCC)25Aのそれぞれは、図61に示すようなパターンで構成してもよい。なお、図面を見易くするため、図61は、負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート電極20の下層に形成された基準電圧線(VSS)16A、駆動用MISFETQd1、Qd2、転送用MISFETQt1、Qt2、フィールド絶縁膜3などの図示が省略してある。
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。
本発明は、SRAMを有する半導体集積回路装置とその製造方法に適用することができる。
本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置のメモリセルを示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の全体の概略構成(チップレイアウト)図である。 図2の一部を拡大して示す概略構成図(チップレイアウト)である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置のメモリセルの等価回路図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置のサブアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置のサブアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置のサブアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置のサブアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置のメモリセルのパターンレイアウトを模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置のサブアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置のサブアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置のサブアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置のサブアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置のサブアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の周辺回路の一部を示す回路図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置のサブアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置のメモリセルのパターンレイアウトを模式的に示す斜視図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置のメモリセルの等価回路図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置のサブアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置のサブアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置のサブアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。 本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置のサブアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
符号の説明
1 半導体基板(チップ)
2p p-型ウエル
2n n型ウエル
3 フィールド絶縁膜
4 チャネルストッパ領域
5 ゲート絶縁膜
6 ゲート電極
7 半導体領域
7a n型半導体領域
7b n+型半導体領域
8 サイドウォールスペーサ
9 絶縁膜
10 ゲート絶縁膜
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 絶縁膜
14 p型半導体領域
15 サイドウォールスペーサ
16A 基準電圧線(VSS)
16B パッド層
16C パッド層
17A コンタクトホール
17B コンタクトホール
18 多結晶シリコン膜
18N チャネル領域
18P ソース領域
18P ドレイン領域
19 ゲート絶縁膜
20 ゲート電極
21 絶縁膜
22 絶縁膜
23 コンタクトホール
24 絶縁膜
25A 電源電圧線(VCC)
25B パッド層
26A コンタクトホール
26B コンタクトホール
27 開孔
28 層間絶縁膜
29A 中間導電層
29B 配線
29C 配線
30A コンタクトホール
30B コンタクトホール
30C コンタクトホール
31 層間絶縁膜
32A コンタクトホール
32B コンタクトホール
32C コンタクトホール
33 層間絶縁膜
34 ファイナルパッシベーション膜
35 フォトレジスト膜
40 酸化シリコン膜
41 窒化シリコン膜
42 フォトレジスト膜
43 酸化シリコン膜
44 窒化シリコン膜
45 フォトレジスト膜
46 多結晶シリコン膜
47 フォトレジスト膜
48 フォトレジスト膜
49 フォトレジスト膜
50 半導体領域
50a p型半導体領域
50b p+型半導体領域
51 n型半導体領域
52 サイドウォールスペーサ
53 多結晶シリコン膜
54 フォトレジスト膜
55 フォトレジスト膜
56A 配線
56B 配線
57 フォトレジスト膜
58 絶縁膜
59 多結晶シリコン膜
60 フォトレジスト膜
61 絶縁膜
62 フォトレジスト膜
63 フォトレジスト膜
64 絶縁膜
65 フォトレジスト膜
66 サイドウォールスペーサ
67 ゲート絶縁膜
68 フォトレジスト膜
100 n型不純物
C 容量素子
DL 相補性データ線
DL1 第1データ線
DL2 第2データ線
LOAD ロード回路
MB メモリブロック
MC メモリセル
MWL メインワード線
SA センスアンプ
SMA サブアレイ
SWL サブワード線
Qd1 駆動用MISFET
Qd2 駆動用MISFET
Qn1 nチャネル型MISFET
Qn2 nチャネル型MISFET
Qp pチャネル型MISFET
Qp1 負荷用MISFET
Qp2 負荷用MISFET
Qt1 転送用MISFET
Qt2 転送用MISFET
WL ワード線
WL1 第1ワード線
WL2 第2ワード線
XDEC Xデコーダ回路
YDEC Yデコーダ回路
YSW Yスイッチ回路

Claims (10)

  1. 第1および第2転送用MISFETと、第1駆動用MISFETおよび第1負荷用MISFETを直列接続してなる第1インバータ回路と、第2駆動用MISFETおよび第2負荷用MISFETを直列接続してなる第2インバータ回路とを有し、
    前記第1駆動用MISFETのドレイン領域と、前記第1負荷用MISFETのドレイン領域と、前記第2負荷用MISFETのゲート電極と、前記第2駆動用MISFETのゲート電極と、前記第1転送用MISFETのソースおよびドレイン領域の一方とが互いに電気的に接続され、
    前記第2駆動用MISFETのドレイン領域と、前記第2負荷用MISFETのドレイン領域と、前記第1負荷用MISFETのゲート電極と、前記第1駆動用MISFETのゲート電極と、前記第2転送用MISFETのソースおよびドレイン領域の一方とが互いに電気的に接続されたメモリセルを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
    半導体基板の主面上に、前記第1および第2駆動用MISFETのゲート電極を形成する工程、
    前記半導体基板内に、前記第1および第2駆動用MISFETのドレイン領域を形成する工程、
    前記第1および第2駆動用MISFETのゲート電極の上部に、第1絶縁膜を形成する工程、
    前記第1絶縁膜の上部に、前記第1および第2負荷用MISFETを形成する工程、
    前記第1および第2負荷用MISFETの上部に、第2絶縁膜を形成する工程、
    前記第2絶縁膜上に、前記第1および第2負荷用MISFETを覆い、行および列方向に隣接するメモリセル上を延在するように第1導電膜を形成する工程、
    を含み、
    前記第1導電膜と、前記第2絶縁膜と、前記第1および第2負荷用MISFETとで容量素子を構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。
  2. 第1および第2転送用MISFETと、第1駆動用MISFETおよび第1負荷用MISFETを直列接続してなる第1インバータ回路と、第2駆動用MISFETおよび第2負荷用MISFETを直列接続してなる第2インバータ回路と、容量素子とを有し、
    前記第1駆動用MISFETのドレイン領域と、前記第1負荷用MISFETのドレイン領域と、前記第2負荷用MISFETのゲート電極と、前記第2駆動用MISFETのゲート電極と、前記第1転送用MISFETのソースおよびドレイン領域の一方とが互いに電気的に接続され、
    前記第2駆動用MISFETのドレイン領域と、前記第2負荷用MISFETのドレイン領域と、前記第1負荷用MISFETのゲート電極と、前記第1駆動用MISFETのゲート電極と、前記第2転送用MISFETのソースおよびドレイン領域の一方とが互いに電気的に接続されたメモリセルを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
    半導体基板の主面上に、前記第1および第2駆動用MISFETのゲート電極を形成する工程、
    前記半導体基板内に、前記第1および第2駆動用MISFETのドレイン領域を形成する工程、
    前記第1および第2駆動用MISFETのゲート電極の上部に、第1絶縁膜を形成する工程、
    前記第1絶縁膜の上部に、前記第1および第2負荷用MISFETを形成する工程、
    前記第1および第2負荷用MISFETの上部に、第2絶縁膜を形成する工程、
    前記第2絶縁膜上に、前記第1および第2負荷用MISFETを覆い、行および列方向に隣接するメモリセル上を延在するように第1導電膜を形成する工程、
    を含み、
    前記容量素子は、前記第1導電膜と、前記第2絶縁膜とを含み、
    前記第1導電膜は、容量素子のプレート電極を構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。
  3. 第1および第2転送用MISFETと、第1駆動用MISFETおよび第1負荷用MISFETを直列接続してなる第1インバータ回路と、第2駆動用MISFETおよび第2負荷用MISFETを直列接続してなる第2インバータ回路とを有し、
    前記第1駆動用MISFETのドレイン領域と、前記第1負荷用MISFETのドレイン領域と、前記第2負荷用MISFETのゲート電極と、前記第2駆動用MISFETのゲート電極と、前記第1転送用MISFETのソースおよびドレイン領域の一方とが互いに電気的に接続され、
    前記第2駆動用MISFETのドレイン領域と、前記第2負荷用MISFETのドレイン領域と、前記第1負荷用MISFETのゲート電極と、前記第1駆動用MISFETのゲート電極と、前記第2転送用MISFETのソースおよびドレイン領域の一方とが互いに電気的に接続されたメモリセルを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
    半導体基板の主面上に、前記第1および第2駆動用MISFETのゲート電極を形成する工程、
    前記半導体基板内に、前記第1および第2駆動用MISFETのドレイン領域を形成する工程、
    前記第1および第2駆動用MISFETのゲート電極の上部と、前記第1および第2転送用MISFETの上部とに、第1絶縁膜を形成する工程、
    前記第1絶縁膜の上部に、前記第1および第2負荷用MISFETのソースおよびドレイン領域として作用する半導体膜を形成する工程、
    前記半導体膜の上部に、前記第1および第2負荷用MISFETのゲート電極を形成する工程、
    前記第1および第2負荷用MISFETのゲート電極の上部に、第2絶縁膜を形成する工程、
    前記第2絶縁膜の上部に、前記第1および第2負荷用MISFETのソース領域に電気的に接続される第1導電膜を形成する工程、
    を含み、
    前記第1導電膜は、行および列方向に隣接するメモリセル上を延在するように構成され、
    前記第1導電膜と、前記第2絶縁膜と、前記第1および第2負荷用MISFETとで容量素子を構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。
  4. 第1および第2転送用MISFETと、第1駆動用MISFETおよび第1負荷用MISFETを直列接続してなる第1インバータ回路と、第2駆動用MISFETおよび第2負荷用MISFETを直列接続してなる第2インバータ回路と、容量素子とを有し、
    前記第1駆動用MISFETのドレイン領域と、前記第1負荷用MISFETのドレイン領域と、前記第2負荷用MISFETのゲート電極と、前記第2駆動用MISFETのゲート電極と、前記第1転送用MISFETのソースおよびドレイン領域の一方とが互いに電気的に接続され、
    前記第2駆動用MISFETのドレイン領域と、前記第2負荷用MISFETのドレイン領域と、前記第1負荷用MISFETのゲート電極と、前記第1駆動用MISFETのゲート電極と、前記第2転送用MISFETのソースおよびドレイン領域の一方とが互いに電気的に接続されたメモリセルを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
    半導体基板上に、前記第1および第2駆動用MISFETと、前記第1および第2負荷用MISFETとを形成する工程、
    前記第1および第2駆動用MISFETと、前記第1および第2負荷用MISFETとの上部に、第1絶縁膜を形成する工程、
    前記第1絶縁膜と、前記第1および第2負荷用MISFETとの上部に、列方向に隣接するメモリセル上を延在するように第1導電膜を形成する工程、
    を含み、
    前記容量素子は、前記第1導電膜と、前記第1絶縁膜とを含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
  5. 前記列方向は、前記メモリセルに隣接するワード線の延在方向であることを特徴とする請求項4記載の半導体集積回路装置の製造方法。
  6. 前記第1導電膜は、前記列方向と交差する行方向と、前記列方向とに隣接するメモリセル上を延在するようにプレート電極を構成することを特徴とする請求項5記載の半導体集積回路装置の製造方法。
  7. 前記第1絶縁膜は、酸化シリコン膜と、前記酸化シリコン膜上に形成された窒化シリコン膜とを含むことを特徴とする請求項4記載の半導体集積回路装置の製造方法。
  8. 第1および第2転送用MISFETと、第1駆動用MISFETおよび第1負荷用MISFETを直列接続してなる第1インバータ回路と、第2駆動用MISFETおよび第2負荷用MISFETを直列接続してなる第2インバータ回路とを有し、
    前記第1駆動用MISFETのドレイン領域と、前記第1負荷用MISFETのドレイン領域と、前記第2負荷用MISFETのゲート電極と、前記第2駆動用MISFETのゲート電極と、前記第1転送用MISFETのソースおよびドレイン領域の一方とが互いに電気的に接続され、
    前記第2駆動用MISFETのドレイン領域と、前記第2負荷用MISFETのドレイン領域と、前記第1負荷用MISFETのゲート電極と、前記第1駆動用MISFETのゲート電極と、前記第2転送用MISFETのソースおよびドレイン領域の一方とが互いに電気的に接続されたメモリセルを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
    半導体基板上に、前記第1および第2駆動用MISFETを形成する工程、
    前記第1および第2駆動用MISFETの上部に、第1絶縁膜を形成する工程、
    前記第1絶縁膜の上部に、前記第1および第2負荷用MISFETを形成する工程、
    前記第1および第2負荷用MISFETの上部に、水分の浸入を防ぐバリア層を、行および列方向に隣接するメモリセル上を延在するように形成する工程、
    を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
  9. 半導体集積回路装置の製造方法であって、
    半導体基板の絶縁膜上に、MISFETを形成する工程、
    前記MISFETの上部に、水分の浸入を防ぐバリア層を、第1方向および前記第1方向と交差する第2方向に隣接するMISFET上を延在するように形成する工程、
    を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
  10. 前記バリア層は、容量素子の容量絶縁膜を構成することを特徴とする請求項8または9記載の半導体集積回路装置の製造方法。
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