JP2007123784A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 半導体装置の面積を増大させること無く、半導体装置のドレイン電流を向上させることができる半導体装置を提供する。
【解決手段】 半導体基板10と、半導体基板10上に形成され、ゲート絶縁膜16を介して形成されるゲート電極18と、半導体基板10に形成され、ゲート電極18の両側方に位置する領域に形成されるn型のソース/ドレイン拡散層24と、半導体基板10上のゲート電極18両側部に形成され、ゲート電極18のチャネル領域に応力を与えるtensile膜26と、ソース/ドレイン拡散層24上にtensile膜26を貫通して形成される、導電体材料が埋め込まれたコンタクト30を備える。そして、ゲート電極18とソースコンタクト34間距離が、ゲート電極18とドレインコンタクト32間距離よりも広いことを特徴としている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、半導体装置に関するものである。
近年、半導体装置の高速化は目覚しいものがある。その高速化の大きな一因として、半導体装置の微細化の進歩、つまり、半導体装置の微細加工技術であるリソグラフィ技術の進歩は目覚しいものがある。
しかしながら、最近のさらなる進歩に伴い、要求されるゲート最小加工寸法がリソグラフィに用いる波長レベル以下になっており、より一層の微細加工は困難になってきている。
そこで、従来のリソグラフィ技術を用いて、半導体装置の高速化を図る方法として、半導体基板、例えば、MOSトランジスタのゲート電極を覆うようにチャネル領域に応力を与える絶縁膜を成膜して、ゲート電極下のチャネル領域に応力をかけることにより、チャネル領域の電子の移動度を向上させ、ドレイン電流を向上させることができるものがある(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、近年の半導体装置の微細化に伴い、ゲート電極間距離、コンタクト間距離及びゲート電極−コンタクト間距離が狭まってきているため、この絶縁膜の成膜後のコンタクトホール形成において、この絶縁膜が削られ、ゲート電極側面に十分な絶縁膜が残せず、チャネル領域に十分な応力をかけることができないという問題がある。
この問題を解決するために、ゲート電極−コンタクト間距離を広げることも考えられるが、ゲート−コンタクト間距離を広げることは、セル面積の増大を招き好ましくない。また、コンタクトを小さくすることによって、この絶縁膜が削られる量を減らすことができるが、コンタクトを小さくすると、コンタクトホール形成時のソース/ドレイン拡散層への開口マージンが減るという問題がある。
特開2005−57301号公報(第39頁、図31)
本発明は、半導体装置の面積を増大させること無く、半導体装置のドレイン電流を向上させることができる半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、ゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極と、前記半導体基板に形成され、前記ゲート電極の両側方に位置する領域に形成される所望の導電型のソース/ドレイン層と、前記半導体基板上の前記ゲート電極両側部に形成され、前記ゲート電極のチャネル領域に応力を与える絶縁膜と、前記ソース/ドレイン層上に前記絶縁膜を貫通して、導電体材料が埋め込まれたコンタクトと、を備え、前記ソース層側の前記ゲート電極側部に形成される前記絶縁膜の膜量は、前記ドレイン層側の前記ゲート電極側部に形成される前記絶縁膜の膜量よりも多いことを特徴としている。
また、本発明の別態様の半導体装置は、半導体基板上に第1のゲート電極が形成され、前記第1のゲート電極の両側方の前記半導体基板に第1の導電型の第1のソース/ドレイン層が形成される第1のトランジスタと、前記半導体基板上に第2のゲート電極が形成され、前記第2のゲート電極の両側方の前記半導体基板に第2の導電型の第2のソース/ドレイン層が形成される第2のトランジスタと、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタ上に形成される、前記第1のゲート電極若しくは前記第2のゲート電極下部のチャネル領域に応力を与える絶縁膜と、前記第1のソース/ドレイン層上に前記絶縁膜を貫通して形成される第1のソースコンタクト及び第1のドレインコンタクトと、前記第2のソース/ドレイン層上に前記絶縁膜を貫通して形成される第2のソースコンタクト及び第2のドレインコンタクトと、を備え、前記第1のゲート電極と前記第1のソースコンタクトとの間の距離が、前記第1のゲート電極と前記第1のドレインコンタクトとの間の距離よりも広く、前記第2のゲート電極と前記第2のソースコンタクトとの間の距離が、前記第2のゲート電極と前記第2のドレインコンタクトとの間の距離よりも狭いことを特徴としている。
本発明によれば、半導体装置の面積を増大させること無く、ドレイン電流を向上させることができる。
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施例1に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
図1に示すように、半導体基板10に形成される素子分離領域12と、この素子分離領域12により区画された素子形成領域と、この素子形成領域に形成されるp型ウェル領域14と、このp型ウェル領域14上に形成される、ゲート絶縁膜16を介してなるゲート電極18と、このゲート電極18の両側壁に形成され、絶縁膜よりなるサイドウォール20と、半導体基板10中のゲート電極18の両側方に形成される、低濃度のn型の不純物イオンが注入されたソース/ドレイン低濃度拡散層22と、半導体基板10中のサイドウォール20の両側方に形成される、高濃度のn型の不純物イオンが注入されたソース/ドレイン高濃度拡散層24とを有した、LDD(Lightly Doped Drain)構造のNMOSトランジスタが形成される。そして、ゲート電極18上及びn型のソース/ドレイン高濃度拡散層上には、シリサイド25が形成されている。
そして、このNMOSトランジスタのゲート電極18上には、チャネル領域に引張応力を与えるtensile膜26が成膜され、このtensile膜26上には、層間絶縁膜となるTEOS膜28が成膜されている。このように、tensile膜26をゲート電極18が覆われるように形成することにより、このゲート電極18下部のチャネル領域には、引張応力がかかり、チャネル領域を移動する電子の移動度を向上させることができ、ドレイン電流、つまり、NMOSトランジスタの駆動電流を向上させることができる。
そして、このtensile膜26及びTEOS膜28には、ソース/ドレイン高濃度拡散層24と半導体装置の上層とを電気的に接続するためにコンタクトホールが形成され、このコンタクトホールに導電体材料が埋め込まれることにより、ソース/ドレイン高濃度拡散層24上にコンタクト30が形成される。本実施例では、このコンタクト30の位置が、ソースコンタクト32−ゲート電極18間距離がドレインコンタクト34−ゲート電極18間距離よりも広く形成されている。そのため、コンタクトホールを形成しても、ソース側のゲート電極18側部やソース上に残るtensile膜26の膜量が、ドレイン側のゲート電極18側部及びドレイン上に比べ、多く形成される。ここで、ソースコンタクト32の位置は、ゲート電極18に離れた位置に形成するほど、ソース側のゲート電極18及びソース上のtensile膜26の膜量は多くなる。つまり、ソース側のtensile膜26の膜厚が、ドレイン側のtensile膜26の膜厚よりも厚く形成される。
一般に、MOSトランジスタにおいて、半導体装置のドレイン電流を向上させるためには、ソース拡散層側の電子の移動度を向上させることがよい。つまり、ソース拡散層側の電子の移動度をドレイン側の電子の移動度より向上させるほうがよい。本実施例では、このソース側のコンタクトの位置をコンタクトの位置をソース側のコンタクト−ゲート電極間距離が、ドレイン側のコンタクト−ゲート電極間距離よりも広くなるように形成することにより、ゲート電極側部のソース側のtensile膜の膜厚を増やすことができる。つまり、ソース側のゲート電極上側部のtensile膜の膜量をドレイン側のゲート電極上側部のtensile膜の膜量よりも増やすことができる。そのため、ソース側の電子の移動度を向上させることができ、ドレイン電流の向上が期待できる。
以上より構成される本発明の実施例1に係る半導体装置であるNMOSトランジスタは、コンタクトの位置を、ソース側のコンタクト−ゲート電極間距離がドレイン側のコンタクト−ゲート電極間距離よりも広くなるように形成することにより、コンタクトホール形成に伴うtensile膜のソース側の膜量の減少を減らすことができる。つまり、ソース側のゲート電極上側部のtensile膜の膜量をドレイン側のゲート電極上側部のtensile膜の膜量よりも増やすことができる。そのため、tensile膜によりソース側からチャネル領域に適当な引張応力をかけることができるので、NMOSトランジスタの面積を増加させること無く、NMOSトランジスタのチャネル領域の電子の移動度を向上させることができ、ドレイン電流を向上させることができる。
図2は、本発明の実施例2に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
本発明の実施例2と実施例1との違いは、実施例1のNMOSトランジスタの代わりに、本実施例では、PMOSトランジスタを用いている。そのため、実施例1のNMOSトランジスタを構成しているp型ウェル14、n型のソース/ドレイン低濃度拡散層22、n型のソース/ドレイン高濃度拡散層24は、実施例2では、図2に示すように、それぞれn型ウェル36、p型のソース/ドレイン低濃度拡散層38、p型のソース/ドレイン高濃度拡散層40となる。尚、その他の実施例1と同一の構成については、同一の符号を附して説明を省略する。
さらに、実施例1では、ゲート電極18側面にtensile膜26を用いて、チャネル領域に引張応力を加えていたが、実施例2では、チャネル領域に圧縮応力を与えるcompressive膜42をゲート電極18上に成膜することにより、PMOSトランジスタのチャネル領域の正孔の移動度を向上させ、ドレイン電流を向上させている。
また、本実施例も実施例1と同様、コンタクト30の位置を、ソースコンタクト32−ゲート電極18間距離がドレインコンタクト34−ゲート電極18間距離よりも広くなるように形成し、コンタクトホール形成に伴うcompressive膜42のソース側の膜量の減少を防いでいる。つまり、ソース側のゲート電極18上側部のcompressive膜42の膜量をドレイン側のゲート電極18上側部のcompressive膜42の膜量よりも増やすことができる。
以上より構成される本発明の実施例2に係る半導体装置であるPMOSトランジスタは、コンタクトの位置を、ソース側のコンタクト−ゲート電極間距離がドレイン側のコンタクト−ゲート電極間距離よりも広くなるように形成することにより、コンタクトホール形成に伴うcompressive膜のソース側の膜量の減少を減らすことができる。つまり、ソース側のゲート電極上側部のcompressive膜の膜量をドレイン側のゲート電極上側部のcompressive膜の膜量よりも増やすことができる。そのため、compressive膜により、ソース側からチャネル領域に適当な圧縮応力をかけることができるので、PMOSトランジスタの面積を増加させること無く、PMOSトランジスタのチャネル領域の正孔の移動度を向上させることができ、ドレイン電流を向上させることができる。
ここで、上記各実施例では、LDD構造を有するNMOSトランジスタを例に説明したが、LDD構造を有するNMOSトランジスタに限定されるわけではなく、その他のNMOSトランジスタにも適用することができ、MOSトランジスタにも限定されるものではない。
本実施例の半導体装置は、上記各実施例のNMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタを含んだSRAMセルである。図3は、そのSRAMセルの構造を示す平面図であり、図4は、そのSRAMセルの構造を示すA−A′面及びB−B’面の断面図である。尚、上記各実施例と同一の構成については、同一の符号を附して説明を省略する。
図3に示すように、SRAMセル50は、NMOSトランジスタで構成される2つトランスファトランジスタ52と、同じくNMOSトランジスタで構成される2つのドライバトランジスタ54と、PMOSトランジスタで構成される2つのロードトランジスタ56で構成されている。
図3及び図4に示すように、ドライバトランジスタであるNMOSトランジスタ54は、実施例1と同様の構成をしており、ソースコンタクト32−ゲート電極18間距離が、ドレインコンタクト34−ゲート電極18間距離よりも広く形成されている。また、ロードトランジスタであるPMOSトランジスタ56は、上記NMOSトランジスタ54とは逆で、ソースコンタクト32−ゲート電極18間距離が、ドレインコンタクト34−ゲート電極18間距離よりも狭く形成されている。また、トランスファトランジスタ52は、通常のSRAMセルのように、ソースとドレインのコンタクト30のほぼ中央の位置にゲート電極が形成されている。
そして、NMOSトランジスタ54及びPMOSトランジスタ56上には、tensile膜26が成膜される。つまり、ドライバトランジスタであるNMOSトランジスタ54のソース側のゲート電極18側部及びソース上にtensile膜26が厚く形成され、ロードトランジスタであるPMOSトランジスタ56のドレイン側のゲート電極18側部及びドレイン上にtensile膜26が厚く形成されている。ここで、tensile膜26は、ドライバトランジスタ54及びロードトランジスタ56上には成膜するが、トランスファトランジスタ52上には、tensile膜26を形成してもしなくてもどちらでもかまわない。トランスファトランジスタ52は、NMOSトランジスタであるので、トランスファトランジスタ52上にtensile膜26を成膜すれば、ドレイン電流の向上が期待できる。
次に、上記したSRAMセルが複数配置されたときのSRAMセル群の一例を図5に示す。図5は、そのSRAMセルの構造を示す平面図である。
図5に示すように、半導体基板上に複数のSRAMセルが配置されている。そして、SRAMセルのゲート電極18の内、ロードトランジスタ56及びドライバトランジスタ52のゲート電極18は、実施例3と同様、ドライバトランジスタ52では、ゲート電極18−ソースコンタクト32間がゲート電極18−ドレインコンタクト34間よりも広くなり、ロードトランジスタ56では、ゲート電極18−ソースコンタクト32間がゲート電極18−ドレインコンタクト34間よりも狭くなるように配置されている。そして、ドライバトランジスタ52及びロードトランジスタ56上には、tensile膜26が成膜され、ドライバトランジスタ52のドレイン電流が向上される。以上より構成されるSRAMセル群のドライバトランジスタ52及びロードトランジスタ56の構成は、図4と同様であるので説明は省略する。
さらに、それぞれのSRAMセルの配置は、お互い点対称の関係にある。そうすることにより、合わせずれにより、一つのSRAMセルのドライバトランジスタ52のゲート電極18−ソースコンタクト32間がゲート電極18−ドレインコンタクト56間よりも広い構成になっても、点対称の位置関係にあるもう一つのSRAMセルのドライバトランジスタ52のゲート電極18−ソースコンタクト32間がゲート電極18−ドレインコンタクト34間よりも狭くなる構成になっている。
以上より構成される本発明の実施例3に係るSRAMセルは、NMOSトランジスタのソース/ドレイン拡散層のコンタクトの位置を、ソース−ゲート電極間距離がドレイン−ゲート電極間距離よりも広くなるように形成することにより、NMOSトランジスタのソース側のゲート電極及びソース上のtensile膜の膜量の減少を防ぐことができる。そして、PMOSトランジスタのソース/ドレイン拡散層のコンタクトの位置を、ソース−ゲート電極間距離がドレイン−ゲート電極間距離よりも狭くなるように形成することにより、PMOSトランジスタのソース側のゲート電極及びソース上のtensile膜の膜量を減らすことができる。そのため、NMOSトランジスタ側では、ソース側からチャネル領域に引張応力をかけることができるので、チャネル領域の電子の移動度を向上させることができ、ドレイン電流を向上させることができる。また、PMOSトランジスタでは、ソース側のtensile膜の膜量が少なく形成されるので、PMOSトランジスタのtensile膜による特性劣化を小さくすることができる。以上より、PMOSトランジスタの特性劣化を防ぎ、NMOSトランジスタの特性を向上させることができるので、SRAMセルの性能を向上させることができる。
ここで、本実施例では、tensile膜を用いていたが、圧縮応力を与えるcompressive膜を用いてもかまわない。その場合、PMOSトランジスタのドレイン電流を向上させるために、PMOSトランジスタのソース/ドレインのコンタクトの位置を、実施例2と同様、ソースコンタクト−ゲート電極間距離がドレインコンタクト−ゲート電極間距離より広くなるように形成し、NMOSトランジスタのコンタクトの位置を、NMOSトランジスタの性能が劣化しないコンタクトの位置である、ソースコンタクト−ゲート電極間距離がドレインコンタクト−ゲート電極間距離より狭くなるように形成する。
図6は、本発明の実施例4に係る半導体装置のSRAMセルの構造を示す平面図であり、図7は、本発明の実施例4に係る半導体装置のSRAMセルの構造を示す図6のC−C′面及びD−D′面の断面図である。尚、上記各実施例と同一の構成については、同一の符号を附して説明を省略する。
本発明の実施例3との違いは、実施例3では、チャネル領域に引張応力を与えるtensile膜を用いていたが、本実施例では、図5、図6に示すように、それぞれのMOSトランジスタのドレイン電流が向上する絶縁膜を用いてSRAMセル50を構成している。つまり、ドライバトランジスタであるNMOSトランジスタ54上にはtensile膜26を、ロードトランジスタであるPMOSトランジスタ56上には、compressive膜42を成膜している。また、それぞれのMOSトランジスタのコンタクト30の位置は、上記各実施例と同様、それぞれのMOSトランジスタのドレイン電流が向上するように、ソースコンタクト32−ゲート電極18間距離の方が、ドレインコンタクト34−ゲート電極18間距離よりも広く形成されている。ここで、トランスファトランジスタ52は、通常のSRAMセルのように、ソースとドレインのコンタクトのほぼ中央の位置にゲート電極が形成されている。また、tensile膜26及びcompressive膜42は、ドライバトランジスタ54及びロードトランジスタ56上には成膜するが、トランスファトランジスタ52上には、tensile膜26及びcompressive膜42どちらを形成してもよく、形成しなくてもかまわない。トランスファトランジスタ52は、NMOSトランジスタであるので、トランスファトランジスタ52上にtensile膜26を成膜すれば、ドレイン電流の向上が期待できる。
次に、上記したSRAMセルが複数配置されたときのSRAMセル群の一例を図8に示す。図8は、そのSRAMセルの構造を示す平面図である。
図8に示すように、半導体基板上に複数のSRAMセルが配置されている。そして、SRAMセルのゲート電極18の内、ロードトランジスタ56及びドライバトランジスタ52のゲート電極18は、実施例4と同様、ドライバトランジスタ52では、ゲート電極18−ソースコンタクト32間がゲート電極18−ドレインコンタクト34間よりも広く、ロードトランジスタ56でも、ゲート電極18−ソースコンタクト32間がゲート電極18−ドレインコンタクト34間よりも広くなるように配置されている。そして、ドライバトランジスタ52上には、tensile膜26、ロードトランジスタ上には、compressive膜42が成膜され、ドライバトランジスタ52及びロードトランジスタ56のドレイン電流が向上される。以上より構成されるSRAMセル群のドライバトランジスタ52及びロードトランジスタ56の構成は、図7と同様であるので説明は省略する。
さらに、それぞれのSRAMセルの配置は、図8に示すように、お互い点対称の関係にある。そうすることにより、合わせずれにより、一つのSRAMセルのドライバトランジスタ52のゲート電極18−ソースコンタクト32間がゲート電極18−ドレインコンタクト34間よりも広い構成になっても、点対称の位置関係にあるもう一つのSRAMセルのドライバトランジスタ52のゲート電極18−ソースコンタクト32間がゲート電極18−ドレインコンタクト34間よりも狭くなる構成になっている。
以上より構成されるSRAMセルは、SRAMセルを構成するロードトランジスタ及びドライバトランジスタのソースコンタクト−ゲート電極間距離が、ドレインコンタクト−ゲート電極間距離よりも広く形成するので、コンタクトホール形成に伴う絶縁膜のソース側の膜量が減るのを防ぐことができる。つまり、ドライバトランジスタ及びロードトランジスタのソース側のゲート電極上側部のtensile膜及びcompressive膜の膜量をドレイン側のゲート電極上側部のtensile膜及びcompressive膜の膜量よりも増やすことができる。したがって、SRAMセルを構成するNMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタのドレイン電流を向上させることができ、実施例3以上にSRAMセルの性能を向上させることができる。
ここで、上記各実施例において、MOSトランジスタを例に説明してきたが、その他のトランジスタにも用いることができる。また、上記実施例3及び実施例4では、SRAMセルを例に説明したが、その他のNMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタを含んだ半導体装置に用いることができる。
なお、本発明は、上述したような実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
本発明の実施例1に係る半導体装置のNMOSトランジスタの構造を示す断面図。 本発明の実施例2に係る半導体装置のPMOSトランジスタの構造を示す断面図。 本発明の実施例3に係る半導体装置のSRAMセルの構造を示す平面図。 本発明の実施例3に係る半導体装置のSRAMセルの構造を示す図3のA−A’面及びB−B´面の断面図。 本発明の実施例3に係る半導体装置のSRAMセルの構造を示す平面図。 本発明の実施例4に係る半導体装置のSRAMセルの構造を示す平面図。 本発明の実施例4に係る半導体装置のSRAMセルの構造を示す図5のC−C’面及びD−D´面の断面図。 本発明の実施例4に係る半導体装置のSRAMセルの構造を示す平面図。
符号の説明
10 半導体基板
12 素子分離領域
14 p型ウェル領域
16 ゲート絶縁膜
18 ゲート電極
20 サイドウォール
22 n型ソース/ドレイン低濃度拡散層
24 n型ソース/ドレイン高濃度拡散層
25 シリサイド
26 tensile膜
28 TEOS膜
30 コンタクト
32 ソースコンタクト
34 ドレインコンタクト
36 n型ウェル領域
38 p型ソース/ドレイン低濃度拡散層
40 p型ソース/ドレイン高濃度拡散層
42 compressive膜
50 SRAMセル
52 トランスファトランジスタ(NMOSトランジスタ)
54 ドライバトランジスタ(NMOSトランジスタ)
56 ロードトランジスタ(PMOSトランジスタ)

Claims (6)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板上に形成され、ゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極と、
    前記半導体基板に形成され、前記ゲート電極の両側方に位置する領域に形成される所望の導電型のソース/ドレイン層と、
    前記半導体基板上の前記ゲート電極両側部に形成され、前記ゲート電極のチャネル領域に応力を与える絶縁膜と、
    前記ソース/ドレイン層上に前記絶縁膜を貫通して、導電体材料が埋め込まれたコンタクトと、
    を備え、前記ソース層側の前記ゲート電極側部に形成される前記絶縁膜の膜量は、前記ドレイン層側の前記ゲート電極側部に形成される前記絶縁膜の膜量よりも多いことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記導電型が、n型の導電型であり、前記絶縁膜は、前記チャネル領域に引張応力を与える膜であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記導電型が、p型の導電型であり、前記絶縁膜は、前記チャネル領域に圧縮応力を与える膜であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  4. 前記ゲート電極と前記ソース層の前記コンタクトとの距離が、前記ゲート電極と前記ドレイン層の前記コンタクトとの距離よりも広いことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。
  5. 半導体基板上に第1のゲート電極が形成され、前記第1のゲート電極の両側方の前記半導体基板に第1の導電型の第1のソース/ドレイン層が形成される第1のトランジスタと、
    前記半導体基板上に第2のゲート電極が形成され、前記第2のゲート電極の両側方の前記半導体基板に第2の導電型の第2のソース/ドレイン層が形成される第2のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタ上に形成される、前記第1のゲート電極若しくは前記第2のゲート電極下部のチャネル領域に応力を与える絶縁膜と、
    前記第1のソース/ドレイン層上に前記絶縁膜を貫通して形成される第1のソースコンタクト及び第1のドレインコンタクトと、
    前記第2のソース/ドレイン層上に前記絶縁膜を貫通して形成される第2のソースコンタクト及び第2のドレインコンタクトと、
    を備え、前記第1のゲート電極と前記第1のソースコンタクトとの間の距離が、前記第1のゲート電極と前記第1のドレインコンタクトとの間の距離よりも広く、前記第2のゲート電極と前記第2のソースコンタクトとの間の距離が、前記第2のゲート電極と前記第2のドレインコンタクトとの間の距離よりも狭いことを特徴とする半導体装置。
  6. 前記絶縁膜は、シリコン窒化膜を含む膜であることを特徴とする請求項1乃至請求項5記載の半導体装置。
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