JP2007067371A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体装置100は、第1のゲート電極108と、第4のソース・ドレイン領域114bと、これらを電気的に接続する共通コンタクト112と、を含む。ゲート長方向の断面において、第1のゲート電極108と第4のソース・ドレイン領域114bとが離間して設けられるとともにこれらの間の半導体基板160表面全面に素子分離絶縁膜102が形成され、第1のゲート電極108と第4のソース・ドレイン領域114bとの間の距離が、ゲート長方向の他の断面における第1のゲート電極108側壁に形成されたサイドウォールの幅と実質的に等しい。
【選択図】図2
Description
ここでは、SRAM(Static Random Access Memory)の単位セル1の構成を示す。単位セル1は、Nウェルに形成された半導体領域4および半導体領域6、Pウェルに形成された半導体領域30および半導体領域40、ならびにこれらを分離する素子分離絶縁膜2を含む。半導体領域30には、ゲート電極32を含むn型MOSトランジスタおよびゲート電極8を含むn型MOSトランジスタが形成されている。半導体領域40には、ゲート電極42を含むn型MOSトランジスタおよびゲート電極16を含むn型MOSトランジスタが形成されている。半導体領域4には、ゲート電極8を含むp型トランジスタ、およびそのトランジスタのソース・ドレイン領域24aとゲート電極16とを電気的に接続する共通コンタクト22が形成されている。半導体領域6には、ゲート電極16を含むp型トランジスタ、およびそのトランジスタのソース・ドレイン領域14bとゲート電極8とを電気的に接続する共通コンタクト12が形成されている。ここで、ゲート電極8、ゲート電極16、ゲート電極32、およびゲート電極42の周囲には、それぞれ、サイドウォール10、サイドウォール18、サイドウォール34、およびサイドウォール44が形成されている。
まず、半導体基板60に素子分離絶縁膜2を形成する。つづいて、ウェル注入によりNウェル62を形成し、次いでチャネル注入を行う。その後、Nウェル62表面にゲート絶縁膜72を形成し、半導体基板60上全面にポリシリコン層を形成する。つづいて、ポリシリコン層をゲート形状にエッチングしてゲート電極16およびゲート電極8を形成する。次いで、ゲート電極16およびゲート電極8をマスクとして、イオン注入を行い、ソース・ドレインエクステンション領域15a、15b、69a、および69bを形成する。
半導体基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の一側方の前記半導体基板表面に形成された不純物拡散領域と、前記ゲート電極と前記不純物拡散領域とを電気的に接続する共通コンタクトと、を含む半導体装置であって、
前記ゲート電極のゲート長方向の第1の断面において、前記ゲート電極の前記一側方の側壁に形成されたサイドウォールと、前記半導体基板表面に前記ゲート電極に自己整合的に形成されたソース・ドレインエクステンション領域、および前記サイドウォールに自己整合的に形成されるとともに前記ソース・ドレインエクステンション領域よりも不純物濃度が高いソース・ドレイン領域とが形成され、
前記ゲート電極のゲート長方向の第2の断面において、前記ゲート電極と前記不純物拡散領域とが離間して設けられるとともに当該ゲート電極と当該不純物拡散領域との間の前記半導体基板表面全面に素子分離絶縁膜が形成され、当該ゲート電極と当該不純物拡散領域との間の距離が、前記第1の断面における前記サイドウォールの幅と実質的に等しい半導体装置が提供される。
ここで、実質的に等しいとは、半導体装置の製造プロセスにおいて生じる多少のマージンを含む構成とすることができる。
半導体基板上に、一方向に延在して形成されたゲート電極と、
前記半導体基板上の前記ゲート電極の一側方において、当該ゲート電極の側壁に形成され、所定幅を有するサイドウォールと、
前記半導体基板上の前記ゲート電極の前記一側方において、前記ゲート電極に隣接して位置する前記所定幅のソース・ドレインエクステンション形成予定領域と、
を有する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板に、第1の半導体領域および第2の半導体領域を、前記第1の半導体領域がソース・ドレインエクステンション形成予定領域上に形成されるとともに前記当該第2の半導体領域が前記ソース・ドレインエクステンション形成予定領域上に形成されないように区画する素子分離絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板上に、前記ゲート電極を、前記第1の半導体領域から前記第2の半導体領域の方向に、前記ソース・ドレインエクステンション形成予定領域に隣接して形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板表面に不純物を注入し、前記第1の半導体領域にソース・ドレインエクステンション領域を形成する第1の不純物注入工程と、
前記半導体基板上において、前記ゲート電極の前記一側方の側壁に、前記サイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールをマスクとして前記半導体基板表面に不純物を注入し、前記第2の半導体領域表面に前記ゲート電極から前記所定幅を隔てて不純物拡散領域を形成する第2の不純物注入工程と、
前記ゲート電極と前記不純物拡散領域との上に、これらを電気的に接続するコンタクトを形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法が提供される。
図8(a)は半導体基板の上面模式図、図8(b)は、図8(a)の上面模式図に、第1の断面および第2の断面における断面構造を模式的に示した図である。
半導体装置100は、半導体基板160と、その上に形成されたNウェル162と、Nウェル162に形成され、第2の半導体領域106を区画する素子分離絶縁膜102とを含む。Nウェル162上にはp型トランジスタTr6が、素子分離絶縁膜102上には上部にシリサイド層108aが形成された第1のゲート電極108がそれぞれ配置されている。p型トランジスタTr6は、ゲート絶縁膜172、上部にシリサイド層116aが形成された第2のゲート電極116、第2のゲート電極116の側方に形成されたサイドウォール118aおよびサイドウォール118b(サイドウォール118)、サイドウォール118aおよびサイドウォール118b下にそれぞれ形成されたソース・ドレインエクステンション領域115aおよびソース・ドレインエクステンション領域115b、その両側方に形成された第3のソース・ドレイン領域114aおよび第4のソース・ドレイン領域114bにより構成される。第3のソース・ドレイン領域114aおよび第4のソース・ドレイン領域114bの上部にはシリサイド層163aおよびシリサイド層163bがそれぞれ形成されている。また、第1のゲート電極108の側方には、第2のサイドウォール110b(サイドウォール110)が設けられている。
ここで、素子分離絶縁膜102により第1の半導体領域104として区画されたNウェル162上には、p型トランジスタTr5が、素子分離絶縁膜102上には第2のゲート電極116が配置されている。p型トランジスタTr5は、ゲート絶縁膜173、上部にシリサイド層108aが形成された第1のゲート電極108、第1のゲート電極108の側方に形成された第1のサイドウォール110aおよび第2のサイドウォール110b、第1のサイドウォール110aおよび第2のサイドウォール110b下にそれぞれ形成されたソース・ドレインエクステンション領域169aおよびソース・ドレインエクステンション領域169b、その両側方に形成された第1のソース・ドレイン領域124aおよび第2のソース・ドレイン領域124bにより構成される。第1のソース・ドレイン領域124aおよび第2のソース・ドレイン領域124bの上部にはシリサイド層165aおよびシリサイド層165bがそれぞれ形成されている。また、第2のゲート電極116の側方には、サイドウォール118aが設けられている。
図12は、非特許文献1のFig.2に対応する図である。本発明によれば、共通コンタクトで接続されるゲート電極と不純物拡散領域との間の距離が、サイドウォールの幅と実質的に等しいため、図12に示した非特許文献1のレイアウトにおいては、SRAM単位セルの共通コンタクト長手方向の長さを、35nm×2=70nmほど短くすることができる。SRAM単位セルの縮小面積は、1μm×(0.035×2)μm=0.07μm2となる。本発明を適用しない場合のSRAM単位セル面積は、0.5μm2であるから、比率にして約14%に縮小される。本発明はセル面積の縮小、即ち半導体装置の微細化にも有効である。
101 単位セル
102 素子分離絶縁膜
104 第1の半導体領域
106 第2の半導体領域
108 第1のゲート電極
108a シリサイド層
110 サイドウォール
110a 第1のサイドウォール
110b 第2のサイドウォール
112 共通コンタクト
114a 第3のソース・ドレイン領域
114b 第4のソース・ドレイン領域
115a ソース・ドレインエクステンション領域
115b ソース・ドレインエクステンション領域
116 第2のゲート電極
116a シリサイド層
118 サイドウォール
120、126、136、146、150a、150b、150c、152a、152b、152c コンタクト
122 第2の共通コンタクト
124a 第1のソース・ドレイン領域
124b 第2のソース・ドレイン領域
130 第3の半導体領域
132 第3のゲート電極
134、144 サイドウォール
140 第4の半導体領域
142 第4のゲート電極
154、156 配線
160 半導体基板
162 Nウェル
163a、163b シリサイド層
164 エッチング阻止絶縁膜
166、168 層間絶縁膜
170 チャネル領域
172 ゲート絶縁膜
174 ポリシリコン層
176 絶縁膜
Claims (12)
- 半導体基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の一側方の前記半導体基板表面に形成された不純物拡散領域と、前記ゲート電極と前記不純物拡散領域とを電気的に接続する共通コンタクトと、を含む半導体装置であって、
前記ゲート電極のゲート長方向の第1の断面において、前記ゲート電極の前記一側方の側壁に形成されたサイドウォールと、前記半導体基板表面に前記ゲート電極に自己整合的に形成されたソース・ドレインエクステンション領域、および前記サイドウォールに自己整合的に形成されるとともに前記ソース・ドレインエクステンション領域よりも不純物濃度が高いソース・ドレイン領域とが形成され、
前記ゲート電極のゲート長方向の第2の断面において、前記ゲート電極と前記不純物拡散領域とが離間して設けられるとともに当該ゲート電極と当該不純物拡散領域との間の前記半導体基板表面全面に素子分離絶縁膜が形成され、当該ゲート電極と当該不純物拡散領域との間の距離が、前記第1の断面における前記サイドウォールの幅と実質的に等しい半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記第2の断面における前記不純物拡散領域は、前記第1の断面における前記ソース・ドレイン領域と同一の不純物濃度プロファイルを有する半導体装置。 - 請求項1または2に記載の半導体装置において、
前記第2の断面において、前記不純物拡散領域は、その表面に形成されたシリサイド層を含み、前記共通コンタクトは前記シリサイド層と接する半導体装置。 - 請求項1乃至3いずれかに記載の半導体装置において、
少なくとも前記第2の断面において、前記不純物拡散領域および前記ゲート電極を覆うように形成され、前記素子分離絶縁膜を構成する材料と異なる材料により構成されたエッチング阻止絶縁膜と、
前記エッチング阻止絶縁膜上に形成され、前記エッチング阻止絶縁膜を構成する材料と異なる材料により構成された層間絶縁膜と、
をさらに含み、
前記共通コンタクトは、前記不純物拡散領域および前記ゲート電極上において、前記層間絶縁膜および前記エッチング阻止絶縁膜に形成されたコンタクトホールに埋め込まれた導電性材料により構成された半導体装置。 - 請求項1乃至4いずれかに記載の半導体装置において、
前記第2の断面において、前記ゲート電極と前記不純物拡散領域との間で、前記共通コンタクトと前記素子分離絶縁膜とが直接接している半導体装置。 - 請求項1乃至5いずれかに記載の半導体装置において、
前記第2の断面において、前記素子分離絶縁膜は、前記ゲート電極下部を含む領域に延在して形成され、前記ゲート電極は、前記素子分離絶縁膜上に形成された半導体装置。 - 請求項1乃至6いずれかに記載の半導体装置において、
前記半導体基板上の前記ゲート電極の前記一側方側に、当該ゲート電極と略平行に前記第1の断面を含む領域から前記第2の断面を含む領域にわたって形成された他のゲート電極と、前記第1の断面において、前記他のゲート電極と前記ソース・ドレイン領域とを電気的に接続する他の共通コンタクトと、をさらに含み、
前記第2の断面において、前記他のゲート電極の前記ゲート電極と対向する一側方の側壁に形成された他のサイドウォールと、前記半導体基板表面に前記他のゲート電極に自己整合的に形成された他のソース・ドレインエクステンション領域とが形成され、前記不純物拡散領域は、前記他のソース・ドレインエクステンション領域に接するとともに、前記他のサイドウォールに自己整合的に形成され、
前記第1の断面において、前記他のゲート電極と前記ソース・ドレイン領域とが離間して設けられるとともに当該他のゲート電極と当該ソース・ドレイン領域との間の前記半導体基板表面全面に素子分離絶縁膜が形成され、当該他のゲート電極と当該ソース・ドレイン領域との間の距離が、前記第2の断面における前記他のサイドウォールの幅と実質的に等しい半導体装置。 - 請求項1乃至7いずれかに記載の半導体装置において、
所定の領域内に、前記ゲート電極と、前記共通コンタクトと、および前記ソース・ドレインエクステンション領域と、の組合せを複数含み、
前記所定の領域内に含まれるすべての前記共通コンタクトが前記ソース・ドレインエクステンション領域と接しない構成とされた半導体装置。 - 半導体基板上に、一方向に延在して形成されたゲート電極と、
前記半導体基板上の前記ゲート電極の一側方において、当該ゲート電極の側壁に形成され、所定幅を有するサイドウォールと、
前記半導体基板上の前記ゲート電極の前記一側方において、前記ゲート電極に隣接して位置する前記所定幅のソース・ドレインエクステンション形成予定領域と、
を有する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板に、第1の半導体領域および第2の半導体領域を、前記第1の半導体領域が前記ソース・ドレインエクステンション形成予定領域上に形成されるとともに前記第2の半導体領域が前記ソース・ドレインエクステンション形成予定領域上に形成されないように区画する素子分離絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板上に、前記ゲート電極を、前記第1の半導体領域から前記第2の半導体領域の方向に、前記ソース・ドレインエクステンション形成予定領域に隣接して形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板表面に不純物を注入し、前記第1の半導体領域にソース・ドレインエクステンション領域を形成する第1の不純物注入工程と、
前記半導体基板上において、前記ゲート電極の前記一側方の側壁に、前記サイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールをマスクとして前記半導体基板表面に不純物を注入し、前記第2の半導体領域表面に前記ゲート電極から前記所定幅を隔てて不純物拡散領域を形成する第2の不純物注入工程と、
前記ゲート電極と前記不純物拡散領域との上に、これらを電気的に接続するコンタクトを形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。 - 請求項9に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2の不純物注入工程の後に、前記第2の半導体領域表面に選択的にシリサイド層を形成する工程をさらに含み、
前記コンタクトを形成する工程において、前記シリサイド層上に前記コンタクトを形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項9または10に記載の半導体装置の製造方法において、
前記コンタクトを形成する工程の前に、前記半導体基板上の全面に層間絶縁膜を形成する工程をさらに含み、
前記コンタクトを形成する工程は、
前記層間絶縁膜に、前記ゲート電極から前記不純物拡散領域にわたる領域を開口するコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内を導電性材料で埋め込む工程と、
を含む半導体装置の製造方法。 - 請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜を形成する工程の前に、前記半導体基板上の全面に、前記素子分離絶縁膜とは異なる材料により構成されたエッチング阻止絶縁膜を形成する工程をさらに含み、
前記コンタクトホールを形成する工程において、前記層間絶縁膜および前記エッチング阻止絶縁膜に、前記コンタクトホールを形成する半導体装置の製造方法。
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