JP2008091683A - 半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電流駆動能力を向上させ、リーク電流を防止する半導体記憶装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板の第1活性領域上に第1ゲート絶縁膜を介し、第2活性領域上に第2ゲート絶縁膜を介して形成され、第1Nチャネルトランジスタと第1Pチャネルトランジスタを構成する第1ゲート電極が、第2チャネルトランジスタの第2P型ソースドレインと接続され、半導体基板の第3活性領域上に第3ゲート絶縁膜を介し、第4活性領域上に第4ゲート絶縁膜を介して形成され、第2Nチャネルトランジスタと第2Pチャネルトランジスタを構成する第2ゲート電極が、第1Pチャネルトランジスタの第1P型ソースドレインと接続され、第2および第4ゲート絶縁膜は、第1および第3ゲート絶縁膜よりも厚く、各チャネルトランジスタを被覆して、各活性領域に対して応力を与える応力膜が形成されている。
【選択図】図2
【解決手段】半導体基板の第1活性領域上に第1ゲート絶縁膜を介し、第2活性領域上に第2ゲート絶縁膜を介して形成され、第1Nチャネルトランジスタと第1Pチャネルトランジスタを構成する第1ゲート電極が、第2チャネルトランジスタの第2P型ソースドレインと接続され、半導体基板の第3活性領域上に第3ゲート絶縁膜を介し、第4活性領域上に第4ゲート絶縁膜を介して形成され、第2Nチャネルトランジスタと第2Pチャネルトランジスタを構成する第2ゲート電極が、第1Pチャネルトランジスタの第1P型ソースドレインと接続され、第2および第4ゲート絶縁膜は、第1および第3ゲート絶縁膜よりも厚く、各チャネルトランジスタを被覆して、各活性領域に対して応力を与える応力膜が形成されている。
【選択図】図2
Description
本発明は、半導体記憶装置およびその製造方法に関し、特に、SRAM(Static Random Access Memory)メモリセルを有する半導体装置およびその製造方法に関する。
半導体記憶装置としては、たとえばDRAM(Dynamic Random Access Memory)およびSRAM(Static Random Access Memory)などが広く知られている。
SRAMのメモリセルは、いくつかのタイプが知られているが、たとえば、2つのPMOS(P−Channel Metal−Oxide−Semiconductor)トランジスタ(以降、PTrとも称する)である第1ロードトランジスタおよび第2ロードトランジスタと、4つのNMOS(N−Channel Metal−Oxide−Semiconductor)トランジスタ(以降、NTrとも称する)である第1ドライブトランジスタおよび第2ドライブトランジスタと第1転送トランジスタおよび第2転送トランジスタの計6つのMOSFET(MOS Field Effect Transistor)から構成される。
第1ロードトランジスタおよび第1ドライブトランジスタは、ドレインが一方の記憶ノードに、ゲートが他方の記憶ノードにそれぞれ接続されている。第1ロードトランジスタのソースは電源電圧に、第1ドライブトランジスタのソースは基準電位にそれぞれ接続されている。第1ロードトランジスタおよび第1ドライブトランジスタによって、他方の記憶ノードを入力し一方の記憶ノードを出力する1つのCMOSインバータが形成されている。
第2ロードトランジスタおよび第2ドライブトランジスタは、ドレインが他方の記憶ノードに、ゲートが一方の記憶ノードにそれぞれ接続されている。第2ロードトランジスタのソースは電源電圧に、第2ドライブトランジスタのソースは基準電位にそれぞれ接続されている。第2ロードトランジスタおよび第2ドライブトランジスタによって、一方の記憶ノードを入力し他方の記憶ノードを出力する1つのCMOSインバータが形成されている。
上述した第1ロードトランジスタおよび第1ドライブトランジスタによるCMOSインバータと、第2ロードトランジスタおよび第2ドライブトランジスタによるCMOSインバータとは、互いの入力および出力がリング状に接続されており、これにより1つの記憶回路が構成されている。
このようなSRAMは、ロジック回路や入出力回路などの周辺回路と組み合わせて、キャッシュメモリや携帯端末のメモリなどの高速性や簡易性が要求される比較的小容量の記憶装置として広く利用されている。
半導体の高性能化および高密度化に伴い、各トランジスタのソースドレイン領域およびコンタクトホールは数十nmオーダーのサイズまで微細化され、たとえば、最小サイズが90nmの微小な径のコンタクトホールを形成することが知られている(非特許文献1参照)。
高密度化のために、SRAMのそれぞれのインバータを接続する領域において、ソースドレイン領域とコンタクトホールとの境界がないボーダレスコンタクト構造や、コンタクトホールがSTI(Shallow Trench Isolation)型の素子分離絶縁膜上にのり上げる構造を形成する手法が知られている(非特許文献2参照)。さらに、微細化のために、ゲート電極とソースドレイン領域を共通のコンタクトホールでつなぐ共通コンタクトホール構造(シェアードコンタクト構造)も知られており、これにより大幅にSRAMのセルサイズが縮小可能になってきている。
一方、微細化が進むにつれて、従来のスケーリングだけでトランジスタの能力向上を達成するのが難しいため、たとえば、ゲート長方向(ゲート電極の延伸方向と垂直な方向)に引っ張りまたは圧縮の応力を発生させる応力膜を用いることが知られている。応力膜により応力を印加することにより、チャネル部の電子移動度を高めて、高い駆動電流を確保してトランジスタの能力向上を図る技術が90nm世代以降注目されている。応力膜は、厚く形成するほど与える応力が大きくなり、NTrにおいては引っ張り応力を、PTrには圧縮応力を与えて各トランジスタの能力向上を図っている。応力膜としては、たとえば、高い応力を持つSiN膜を用いる方法が知られている(非特許文献3参照)。また、応力膜として形成されるSiN膜は、コンタクトホールを形成する際のエッチングストップ層(コンタクトエッチングストップレイヤーとも称する)ともなりうる。
上記のようにSRAMのそれぞれのインバータを接続する際に、一方のインバータのロードトランジスタのソースドレイン領域(ドレイン領域)と、他方のインバータのロードトランジスタとドライブトランジスタを構成するゲート電極とを、共通コンタクトホール構造を形成して接続する。この場合に、ゲート電極の上面からソースドレインの表面までコンタクトエッチングストップレイヤーのSiN膜が成膜されていると、窒化膜は、上記のように応力を与えようと厚く形成されるため、エッチングの条件が狭められてしまう。
たとえば、一方のインバータを構成するPTrが形成された活性領域に隣接するSTI型素子分離絶縁膜上において共通コンタクト構造を形成するとき、厚い部分を除去するように窒化膜がエッチングされると、STI型素子分離絶縁膜の表面の端部が局所的にエッチングされることがあった。その結果、活性領域が露出してコンタクトホールに埋め込まれる導電層と活性領域とが導通してしまい、リーク電流が発生しやすくなっていた。このようなSTI型素子分離絶縁膜のエッチングは、STI型素子分離絶縁膜の高さがばらついて、共通コンタクト構造が低い高さの素子分離絶縁膜上に形成されるときや、素子分離絶縁膜の基板表面の端部においてディボット(Divot)と呼ばれる局所的な落ち込み部分を含むことにより生じ易い。
Utsumi et al, "A 65nm Low Power CMOS Platform with 0.495μm2 SRAM for Digital Processing and Mobile Applications", Technical Digest of Symposium on VLSI Technology, pp 216-217, 2005 Miyashita et al, "A High Performance 100nm Generation SOC Technology [CMOSIV] for High Density Embedded Memory and Mixed Signal LSIs", Technical Digest of Symposium on VLSI Technology, pp 11-12, 2001 Sanuki et al, "High Density and Fully Compatible embedded DRAM cell with 45 nm CMOS Technology (CMOS6)", Technical Digest of Symposium on VLSI Technology, pp 14-15, 2005
Utsumi et al, "A 65nm Low Power CMOS Platform with 0.495μm2 SRAM for Digital Processing and Mobile Applications", Technical Digest of Symposium on VLSI Technology, pp 216-217, 2005 Miyashita et al, "A High Performance 100nm Generation SOC Technology [CMOSIV] for High Density Embedded Memory and Mixed Signal LSIs", Technical Digest of Symposium on VLSI Technology, pp 11-12, 2001 Sanuki et al, "High Density and Fully Compatible embedded DRAM cell with 45 nm CMOS Technology (CMOS6)", Technical Digest of Symposium on VLSI Technology, pp 14-15, 2005
本発明の目的は、電流駆動能力を向上させ、リーク電流を防止する半導体記憶装置と、その製造方法を提供することにある。
上記の課題を解決するため、本発明の半導体記憶装置は、素子分離領域により分離された第1活性領域、第2活性領域、第3活性領域、および第4活性領域が構成された半導体基板を含み、前記第1活性領域に形成された第1Nチャネルトランジスタと前記第2活性領域に形成された第1Pチャネルトランジスタを有して第1記憶ノードが構成される第1インバータと、前記第3活性領域に形成された第2Nチャネルトランジスタと前記第4活性領域に形成された第2Pチャネルトランジスタを有して第2記憶ノードが構成される第2インバータとを有し、前記第1活性領域上に第1ゲート絶縁膜を介し、前記第2活性領域上に第2ゲート絶縁膜を介して形成され、前記第1Nチャネルトランジスタと前記第1Pチャネルトランジスタを構成する第1ゲート電極が、前記第4活性領域の外周における前記素子分離領域の第1部分まで延伸して前記第2記憶ノードである前記第2チャネルトランジスタの第2P型ソースドレインと接続され、前記第3活性領域上に第3ゲート絶縁膜を介し、前記第4活性領域上に第4ゲート絶縁膜を介して形成され、前記第2Nチャネルトランジスタと前記第2Pチャネルトランジスタを構成する第2ゲート電極が、前記第2活性領域の外周における前記素子分離領域の第2部分まで延伸して前記第1記憶ノードである前記第1Pチャネルトランジスタの第1P型ソースドレインと接続されているメモリセルが複数個集積された半導体記憶装置であって、前記第2ゲート絶縁膜および前記第4ゲート絶縁膜は、前記第1ゲート絶縁膜および前記第3ゲート絶縁膜よりも厚く、前記第1Nチャネルトランジスタ、前記第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および前記第2Pチャネルトランジスタを被覆して、各前記活性領域に対して応力を与える応力膜が形成されている。
上記の本発明の半導体記憶装置において、第2ゲート絶縁膜および第4ゲート絶縁膜が、第1ゲート絶縁膜および第3ゲート絶縁膜よりも厚く形成されていることで、素子分離領域の第1部分および第2部分の膜減りや端部における落ち込み部の形成を抑制する。また、応力膜は、各トランジスタの活性領域に対して応力を与え、少なくとも第1および第2Nチャネルトランジスタの電流駆動能力を向上させる。
上記の課題を解決するため、本発明の半導体記憶装置は、素子分離領域により分離されて第1活性領域、第2活性領域、第3活性領域、および第4活性領域が構成された半導体基板を含み、前記第1活性領域および前記第2活性領域にそれぞれ形成された第1Nチャネルトランジスタと第1Pチャネルトランジスタを有して第1記憶ノードが構成される第1インバータと、前記第3活性領域および前記第4活性領域にそれぞれ形成された第2Nチャネルトランジスタと第2Pチャネルトランジスタを有して第2記憶ノードが構成される第2インバータとを有し、前記第1Nチャネルトランジスタと前記第1Pチャネルトランジスタを構成する第1ゲート電極が、前記第4活性領域の外周における素子分離領域の第1部分まで延伸して前記第2記憶ノードである前記第2チャネルトランジスタの第2P型ソースドレインと接続され、前記第2Nチャネルトランジスタと前記第2Pチャネルトランジスタを構成する第2ゲート電極が、前記第2活性領域の外周における素子分離領域の第2部分まで延伸して前記第1記憶ノードである前記第1Pチャネルトランジスタの第1P型ソースドレインと接続されているメモリセルが複数個集積された半導体記憶装置であって、前記素子分離領域の前記第1部分および前記第2部分は、少なくとも表層において前記素子分離領域の他の部分と異なる組成を有し、前記第1Nチャネルトランジスタ、前記第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および前記第2Pチャネルトランジスタを被覆して、各前記活性領域に対して応力を与える応力膜が形成されている。
上記の本発明の半導体記憶装置において、前記素子分離領域の前記第1部分および前記第2部分は、少なくとも表層において前記素子分離領域の他の部分と異なる組成を有することで、膜減りや端部における落ち込みが抑制される。また、応力膜は、各トランジスタの活性領域に対して応力を与え、少なくとも第1および第2Nチャネルトランジスタの電流駆動能力を向上させる。
上記の課題を解決するため、本発明の半導体記憶装置の製造方法は、素子分離領域により分離されて第1活性領域、第2活性領域、第3活性領域、および第4活性領域が構成された半導体基板を含み、前記第1活性領域および前記第2活性領域にそれぞれ形成された第1Nチャネルトランジスタと第1Pチャネルトランジスタを有して第1記憶ノードが構成される第1インバータと、前記第3活性領域および前記第4活性領域にそれぞれ形成された第2Nチャネルトランジスタと第2Pチャネルトランジスタを有して第2記憶ノードが構成される第2インバータとを有し、前記第1Nチャネルトランジスタと前記第1Pチャネルトランジスタを構成する第1ゲート電極が、前記第2記憶ノードである前記第2チャネルトランジスタの第2P型ソースドレインと接続され、前記第2Nチャネルトランジスタと前記第2Pチャネルトランジスタを構成する第2ゲート電極が、前記第1記憶ノードである前記第1Pチャネルトランジスタの第1P型ソースドレインと接続されているメモリセルが複数個集積された半導体記憶装置の製造方法であって、前記第1活性領域上に第1ゲート絶縁膜を、前記第2活性領域上に第2ゲート絶縁膜を、前記第3活性領域上に第3ゲート絶縁膜を、および前記第4活性領域上に第4ゲート絶縁膜を、前記第2ゲート絶縁膜および前記第4ゲート絶縁膜を前記第1ゲート絶縁膜および前記第3ゲート絶縁膜よりも厚く形成する工程と、前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜上に、前記第4活性領域の外周における前記素子分離領域の第1部分まで延伸する前記第1ゲート電極を形成し、前記第3ゲート絶縁膜および前記第4ゲート絶縁膜上に、前記第2活性領域の外周における前記素子分離領域の第2部分まで延伸する前記第2ゲート電極をそれぞれ形成する工程と、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両側部における前記第1活性領域および前記第3活性領域の表層に、第1N型ソースドレインおよび第2N型ソースドレインをそれぞれ形成する工程と、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両側部における前記第2活性領域および前記第4活性領域の表層に、前記第1P型ソースドレインおよび前記第2P型ソースドレインをそれぞれ形成する工程と、前記第1Nチャネルトランジスタ、前記第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および前記第2Pチャネルトランジスタを被覆して、各前記活性領域に対して応力を与える応力膜を形成する工程とを有する。
上記の本発明の半導体記憶装置の製造方法は、前記第1活性領域上に第1ゲート絶縁膜を、前記第2活性領域上に第2ゲート絶縁膜を、前記第3活性領域上に第3ゲート絶縁膜を、および前記第4活性領域上に第4ゲート絶縁膜を、前記第2ゲート絶縁膜および前記第4ゲート絶縁膜を前記第1ゲート絶縁膜および前記第3ゲート絶縁膜よりも厚く形成する。
前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜上に、前記第4活性領域の外周における前記素子分離領域の第1部分まで延伸する前記第1ゲート電極を形成し、前記第3ゲート絶縁膜および前記第4ゲート絶縁膜上に、前記第2活性領域の外周における前記素子分離領域の第2部分まで延伸する前記第2ゲート電極をそれぞれ形成する。
前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両側部における前記第1活性領域および前記第3活性領域の表層に、第1N型ソースドレインおよび第2N型ソースドレインをそれぞれ形成する。
前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両側部における前記第2活性領域および前記第4活性領域の表層に、前記第1P型ソースドレインおよび前記第2P型ソースドレインをそれぞれ形成する。
前記第1Nチャネルトランジスタ、前記第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および前記第2Pチャネルトランジスタを被覆して、各前記活性領域に対して応力を与える応力膜を形成する。
前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜上に、前記第4活性領域の外周における前記素子分離領域の第1部分まで延伸する前記第1ゲート電極を形成し、前記第3ゲート絶縁膜および前記第4ゲート絶縁膜上に、前記第2活性領域の外周における前記素子分離領域の第2部分まで延伸する前記第2ゲート電極をそれぞれ形成する。
前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両側部における前記第1活性領域および前記第3活性領域の表層に、第1N型ソースドレインおよび第2N型ソースドレインをそれぞれ形成する。
前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両側部における前記第2活性領域および前記第4活性領域の表層に、前記第1P型ソースドレインおよび前記第2P型ソースドレインをそれぞれ形成する。
前記第1Nチャネルトランジスタ、前記第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および前記第2Pチャネルトランジスタを被覆して、各前記活性領域に対して応力を与える応力膜を形成する。
上記の課題を解決するため、本発明の半導体記憶装置の製造方法は、素子分離領域により分離されて第1活性領域、第2活性領域、第3活性領域、および第4活性領域が構成された半導体基板を含み、前記第1活性領域および前記第2活性領域にそれぞれ形成された第1Nチャネルトランジスタと第1Pチャネルトランジスタを有して第1記憶ノードが構成される第1インバータと、前記第3活性領域および前記第4活性領域にそれぞれ形成された第2Nチャネルトランジスタと第2Pチャネルトランジスタを有して第2記憶ノードが構成される第2インバータとを有し、前記第1Nチャネルトランジスタと前記第1Pチャネルトランジスタを構成する第1ゲート電極が前記第2記憶ノードである前記第2Pチャネルトランジスタの第2P型ソースドレインに接続され、前記第2Nチャネルトランジスタと前記第2Pチャネルトランジスタを構成する第2ゲート電極が前記第1記憶ノードである前記第1Pチャネルトランジスタの第1P型ソースドレインに接続されているメモリセルが複数個集積された半導体記憶装置製造方法であって、少なくとも表層において、前記第4活性領域の外周における第1部分および前記第2活性領域の外周における第2部分が他の部分と異なる組成を有する前記素子分離領域を形成する工程と、前記第1活性領域、前記第2活性領域、前記第3活性領域、および前記第4活性領域上に、第1ゲート絶縁膜、第2ゲート絶縁膜、第3ゲート絶縁膜、第4ゲート絶縁膜をそれぞれ形成する工程と、前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜上に、前記第4活性領域の外周における前記素子分離領域の第1部分まで延伸する前記第1ゲート電極を形成し、前記第3ゲート絶縁膜および前記第4ゲート絶縁膜上に、前記第2活性領域の外周における前記素子分離領域の第2部分まで延伸する前記第2ゲート電極をそれぞれ形成する工程と、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両側部における前記第1活性領域および前記第3活性領域の表層に、第1N型ソースドレインおよび第2N型ソースドレインをそれぞれ形成する工程と、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両側部における前記第2活性領域および前記第4活性領域の表層に、前記第1P型ソースドレインおよび前記第2P型ソースドレインをそれぞれ形成する工程と、前記第1Nチャネルトランジスタ、前記第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および前記第2Pチャネルトランジスタを被覆して、各前記活性領域に対して応力を与える応力膜を形成する工程とを有する。
上記の本発明の半導体記憶装置の製造方法は、少なくとも表層において、前記第4活性領域の外周における第1部分および前記第2活性領域の外周における第2部分が他の部分と異なる組成を有する前記素子分離領域を形成する。
前記第1活性領域、前記第2活性領域、前記第3活性領域、および前記第4活性領域上に、第1ゲート絶縁膜、第2ゲート絶縁膜、第3ゲート絶縁膜、第4ゲート絶縁膜をそれぞれ形成する。
前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜上に、前記第4活性領域の外周における前記素子分離領域の第1部分まで延伸する前記第1ゲート電極を形成し、前記第3ゲート絶縁膜および前記第4ゲート絶縁膜上に、前記第2活性領域の外周における前記素子分離領域の第2部分まで延伸する前記第2ゲート電極をそれぞれ形成する。
前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両側部における前記第1活性領域および前記第3活性領域の表層に、第1N型ソースドレインおよび第2N型ソースドレインをそれぞれ形成する。
前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両側部における前記第2活性領域および前記第4活性領域の表層に、前記第1P型ソースドレインおよび前記第2P型ソースドレインをそれぞれ形成する。
前記第1Nチャネルトランジスタ、前記第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および前記第2Pチャネルトランジスタを被覆して、各前記活性領域に対して応力を与える応力膜を形成する。
前記第1活性領域、前記第2活性領域、前記第3活性領域、および前記第4活性領域上に、第1ゲート絶縁膜、第2ゲート絶縁膜、第3ゲート絶縁膜、第4ゲート絶縁膜をそれぞれ形成する。
前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜上に、前記第4活性領域の外周における前記素子分離領域の第1部分まで延伸する前記第1ゲート電極を形成し、前記第3ゲート絶縁膜および前記第4ゲート絶縁膜上に、前記第2活性領域の外周における前記素子分離領域の第2部分まで延伸する前記第2ゲート電極をそれぞれ形成する。
前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両側部における前記第1活性領域および前記第3活性領域の表層に、第1N型ソースドレインおよび第2N型ソースドレインをそれぞれ形成する。
前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両側部における前記第2活性領域および前記第4活性領域の表層に、前記第1P型ソースドレインおよび前記第2P型ソースドレインをそれぞれ形成する。
前記第1Nチャネルトランジスタ、前記第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および前記第2Pチャネルトランジスタを被覆して、各前記活性領域に対して応力を与える応力膜を形成する。
本発明の半導体記憶装置は、応力膜が活性領域に与える応力により電流駆動能力を向上させ、応力膜に対するエッチングマージンが広がり、リーク電流を防ぐことができる。
本発明の半導体記憶装置の製造方法は、応力膜が活性領域に与える応力により電流駆動能力を向上させ、応力膜に対するエッチングマージンが広がり、リーク電流を防いだ半導体記憶装置を製造することができる。
以下、本発明の実施形態にかかる半導体記憶装置およびその製造方法について図面を参照して記述する。
第1実施形態
図1(a)は、本実施形態にかかる半導体記憶装置であるSRAMにおける6つのMOSFETを有するメモリセルの等価回路である。
図1(a)は、本実施形態にかかる半導体記憶装置であるSRAMにおける6つのMOSFETを有するメモリセルの等価回路である。
たとえば、半導体記憶装置は、2つのPMOSトランジスタ(PTr)である第1ロードトランジスタLTr1と第2ロードトランジスタLTr2、2つのNMOSトランジスタ(NTr)である第1ドライブトランジスタDTr1と第2ドライブトランジスタDTr2、および2つのNMOSトランジスタ(NTr)である第1転送トランジスタTTr1と第2転送トランジスタTTr2を有する。
ここで、第1ロードトランジスタLTr1が、本発明における第1Pチャネルトランジスタの一実施形態であり、第2ロードトランジスタLTr2が、本発明にかかる第2Pチャネルトランジスタの一実施形態である。また、第1ドライブトランジスタDTr1が、本発明にかかる第1Nチャネルトランジスタの一実施形態であり、第2ドライブトランジスタDTr2が、本発明にかかる第2Nチャネルトランジスタの一実施形態である。第1および第2ロードトランジスタLTr1,LTr2は、それぞれ第1および第2P型ソースドレインを有し、第1ドライブトランジスタDTr1と第2ドライブトランジスタDTr2は、それぞれ第1および第2N型ソースドレインを有する。
ここで、第1ロードトランジスタLTr1が、本発明における第1Pチャネルトランジスタの一実施形態であり、第2ロードトランジスタLTr2が、本発明にかかる第2Pチャネルトランジスタの一実施形態である。また、第1ドライブトランジスタDTr1が、本発明にかかる第1Nチャネルトランジスタの一実施形態であり、第2ドライブトランジスタDTr2が、本発明にかかる第2Nチャネルトランジスタの一実施形態である。第1および第2ロードトランジスタLTr1,LTr2は、それぞれ第1および第2P型ソースドレインを有し、第1ドライブトランジスタDTr1と第2ドライブトランジスタDTr2は、それぞれ第1および第2N型ソースドレインを有する。
第1ロードトランジスタLTr1と第1ドライブトランジスタDTrは、ドレインが第1記憶ノードNDに、ゲートが第2記憶ノードNDにそれぞれ接続されている。第1ロードトランジスタLTr1のソースは電源電圧VDに、第1ドライブトランジスタDTr1のソースは基準電位にそれぞれ接続されている。第1ロードトランジスタLTr1および第1ドライブトランジスタにDTr1よって、第2記憶ノードNDの電位を入力し第1記憶ノードNDの電位を出力する第1CMOSインバータが形成されている。
第2ロードトランジスタLTr2と第2ドライブトランジスタDTr2は、ドレインが第2記憶ノードNDに、ゲートが第1記憶ノードNDにそれぞれ接続されている。第2ロードトランジスタLTr2のソースは電源電圧VDに、第2ドライブトランジスタDTr2のソースは基準電位にそれぞれ接続されている。第2ロードトランジスタLTr2および第2ドライブトランジスタDTr2によって、第1記憶ノードNDの電位を入力し第2記憶ノードNDの電位を出力する第2CMOSインバータが形成されている。
上述した第1ロードトランジスタLTr1と第1ドライブトランジスタDTr1による第1CMOSインバータと、第2ロードトランジスタLTr2および第2ドライブトランジスタDTr2による第2CMOSインバータとは、互いの入力および出力がリング状に接続されており、これにより1つの記憶回路が構成されている。
また、第1転送トランジスタTTr1は、ゲートがワード線WLに、ドレインがビット線BLに、ソースが第1記憶ノードNDにそれぞれ接続されている。第2転送トランジスタTTr2は、ゲートがワード線WLに、ドレインが反転ビット線BLに、ソースが第2記憶ノードNDにそれぞれ接続されている。
図1(b)は、本実施形態にかかるSRAMにおける1つのメモリセルのレイアウトを示す平面図である。
第1P型半導体領域P1、第1N型半導体領域N1、第2P型半導体領域P2、および第2N型半導体領域N2は、素子分離領域Iで分離され、それぞれ第1から第4活性領域を構成している。第1P型半導体領域P1、第1N型半導体領域N1、第2P型半導体領域P2、および第2N型半導体領域N2は、それぞれ半導体基板に形成されたウェルあるいは半導体基板そのものから構成される。
上記の各活性領域上を横切るように第1ゲート電極20a、第2ゲート電極20b、第3ゲート電極20c、および第4ゲート電極20dが図示のレイアウトで形成され、さらに各ゲート電極の両側部における各活性領域の表層部分にソースドレイン領域がそれぞれ形成されて、2つのPMOSトランジスタである第1および第2ロードトランジスタLTr1,2、2つのNMOSトランジスタである第1ドライブトランジスタDTr1と第2ドライブトランジスタDTr2、および2つのNMOSトランジスタである第1転送トランジスタTTr1と第2転送トランジスタTTr2がそれぞれ形成されている。
具体的には、第1ゲート電極20aが、第1ドライブトランジスタDTr1と第1ロードトランジスタLTr1を構成し、第1ゲート電極20aは、第2N型半導体領域N2の第4活性領域の外周における素子分離領域の第1部分まで延伸されている。
また、第2ゲート電極20bが、第2ドライブトランジスタDTr2と第2ロードトランジスタLTr2を構成し、第2ゲート電極20bは、第1N型半導体領域N1の第2活性領域の外周における素子分離領域の第2部分まで延伸されている。
第3ゲート電極20cは、第1転送トランジスタTTr1を構成し、第4ゲート電極20dは、第2転送トランジスタTTr2を構成する。
また、第2ゲート電極20bが、第2ドライブトランジスタDTr2と第2ロードトランジスタLTr2を構成し、第2ゲート電極20bは、第1N型半導体領域N1の第2活性領域の外周における素子分離領域の第2部分まで延伸されている。
第3ゲート電極20cは、第1転送トランジスタTTr1を構成し、第4ゲート電極20dは、第2転送トランジスタTTr2を構成する。
ここで、第1ロードトランジスタLTr1の第1P型ソースドレインと、素子分離領域の第2部分に延伸された第2ゲート電極20bとが、第1P型ソースドレインの表面から第2ゲート電極20bの上面に連通して形成された第1共通コンタクトC1において第1記憶ノード配線42aにより電気的に接続されている。
また、第1ドライブトランジスタDTr1のドレイン領域(第1転送トランジスタTTr1のソース領域)と第1ロードトランジスタLTr1のドレイン領域が、第1共通コンタクトC1を含むコンタクトを介して第1記憶ノード配線42aにより接続されている。
また、第1ドライブトランジスタDTr1のドレイン領域(第1転送トランジスタTTr1のソース領域)と第1ロードトランジスタLTr1のドレイン領域が、第1共通コンタクトC1を含むコンタクトを介して第1記憶ノード配線42aにより接続されている。
このように、第1ドライブトランジスタDTr1のドレイン領域と第1ロードトランジスタLTr1のドレイン領域を接続する第1記憶ノード配線42aが、第1共通コンタクトC1において第1ロードトランジスタLTr1のドレイン領域と第2ゲート電極20bに接続して、第1記憶ノードNDが構成されている。
同様に、第2ロードトランジスタLTr2の第2P型ソースドレインと、素子分離領域の第1部分に延伸された第1ゲート電極20aとが、第2P型ソースドレインの表面と第1ゲート電極20aの上面に連通して形成された第2共通コンタクトC2において第2記憶ノード配線42bにより電気的に接続されている。
また、第2ドライブトランジスタDTr2のドレイン領域(第2転送トランジスタTTr2のソース領域)と第2ロードトランジスタLTr2のドレイン領域が、第2共通コンタクトC2を含むコンタクトを介して第2記憶ノード配線42bにより接続されている。
また、第2ドライブトランジスタDTr2のドレイン領域(第2転送トランジスタTTr2のソース領域)と第2ロードトランジスタLTr2のドレイン領域が、第2共通コンタクトC2を含むコンタクトを介して第2記憶ノード配線42bにより接続されている。
このように、第2ドライブトランジスタDTr2のドレイン領域と第2ロードトランジスタLTr2のドレイン領域を接続する第2記憶ノード配線42bが、第2共通コンタクトC2において第2ロードトランジスタLTr2のドレイン領域と第1ゲート電極20aに接続して、第2記憶ノードNDが構成されている。
上記以外のソースドレイン領域は、それぞれコンタクトを介して電源電圧VD、基準電位、ビット線あるいは反転ビット線に接続されている。
図2は、図1(b)中のX−XおよびY−Yにおける断面図である。
シリコン基板10における第1N型半導体領域10nと第1P型半導体領域10pの各活性領域を区分するように、STI型の素子分離絶縁膜16a,16bが形成されている。
上記の第1P型半導体領域10pの第1活性領域には、第1ドライブトランジスタDTr1(NTr)が形成されている。第1N型半導体領域10nの第2活性領域には、第1ロードトランジスタLTr1(PTr)が形成されている。第2活性領域の外周における素子分離絶縁膜上には、第1ロードトランジスタLTr1の第1P型ソースドレイン24と第2ゲート電極20bとを接続する第1共通コンタクトC1が形成されている。X−X断面は、第1ドライブトランジスタDTr1(NTr)を示し、Y−Y断面は、第1ロードトランジスタLTr1(PTr)および第1共通コンタクトC1を示している。
シリコン基板10における第1N型半導体領域10nと第1P型半導体領域10pの各活性領域を区分するように、STI型の素子分離絶縁膜16a,16bが形成されている。
上記の第1P型半導体領域10pの第1活性領域には、第1ドライブトランジスタDTr1(NTr)が形成されている。第1N型半導体領域10nの第2活性領域には、第1ロードトランジスタLTr1(PTr)が形成されている。第2活性領域の外周における素子分離絶縁膜上には、第1ロードトランジスタLTr1の第1P型ソースドレイン24と第2ゲート電極20bとを接続する第1共通コンタクトC1が形成されている。X−X断面は、第1ドライブトランジスタDTr1(NTr)を示し、Y−Y断面は、第1ロードトランジスタLTr1(PTr)および第1共通コンタクトC1を示している。
まず、第1ドライブトランジスタDTr1(NTr)について記述する。
シリコン基板10における第1P型半導体領域10pの第1活性領域上に第1ゲート絶縁膜19が形成され、第1ゲート絶縁膜19の上に第1ゲート電極20aが積層して形成されている。第1ゲート電極20aの表層には高融点シリサイド層34が形成されている。以下、第1ゲート電極20aおよび高融点シリサイド層34とを第1ゲート電極20a,34と称することもある。第1ゲート電極20a,34の両側部における第1ゲート絶縁膜19上に第1サイドウォール絶縁膜22aが形成されている。第1サイドウォール絶縁膜22aの両側部における第1P型半導体領域10pの第1活性領域の表層部に高濃度にN型不純物を含有する第1N型ソースドレイン26が形成され、第1N型ソースドレイン26の表層には高融点シリサイド層30が形成されている。以下、第1N型ソースドレイン26および高融点シリサイド層30とを第1N型ソースドレイン26,30と称することもある。また、図示は省略されているが、第1サイドウォール絶縁膜22aの下部における第1N型半導体領域N1の第1活性領域の表層部に、第1N型ソースドレイン26,30に接続して、第1N型ソースドレイン26,30よりも浅く、低濃度にN型不純物を含有するエクステンション領域が形成されている。上記のようにして第1ドライブトランジスタDTr1が形成されている。図示は省略されているが、NMOSトランジスタである第2ドライブトランジスタDTr2と第1および第2転送トランジスタTTr1,TTr2も同様の構成で形成されている。
シリコン基板10における第1P型半導体領域10pの第1活性領域上に第1ゲート絶縁膜19が形成され、第1ゲート絶縁膜19の上に第1ゲート電極20aが積層して形成されている。第1ゲート電極20aの表層には高融点シリサイド層34が形成されている。以下、第1ゲート電極20aおよび高融点シリサイド層34とを第1ゲート電極20a,34と称することもある。第1ゲート電極20a,34の両側部における第1ゲート絶縁膜19上に第1サイドウォール絶縁膜22aが形成されている。第1サイドウォール絶縁膜22aの両側部における第1P型半導体領域10pの第1活性領域の表層部に高濃度にN型不純物を含有する第1N型ソースドレイン26が形成され、第1N型ソースドレイン26の表層には高融点シリサイド層30が形成されている。以下、第1N型ソースドレイン26および高融点シリサイド層30とを第1N型ソースドレイン26,30と称することもある。また、図示は省略されているが、第1サイドウォール絶縁膜22aの下部における第1N型半導体領域N1の第1活性領域の表層部に、第1N型ソースドレイン26,30に接続して、第1N型ソースドレイン26,30よりも浅く、低濃度にN型不純物を含有するエクステンション領域が形成されている。上記のようにして第1ドライブトランジスタDTr1が形成されている。図示は省略されているが、NMOSトランジスタである第2ドライブトランジスタDTr2と第1および第2転送トランジスタTTr1,TTr2も同様の構成で形成されている。
第1ロードトランジスタLTr1(PTr)について記述する。
シリコン基板10における第1N型半導体領域10nの第2活性領域上に第2ゲート絶縁膜18aが形成され、第2ゲート絶縁膜18aの上面に第1ゲート電極20aが積層して形成されている。第1ゲート電極20aは、たとえばポリシリコンにより形成され、第1ゲート電極20aの表層には高融点シリサイド層32が形成されている。以下、第1ゲート電極20aおよび高融点シリサイド層32とを第1ゲート電極20a,32と称することもある。第1ゲート電極20a,34の両側部における第2ゲート絶縁膜18a上に、第1サイドウォール絶縁膜22aが形成されている。第1サイドウォール絶縁膜22aの両側部における第1N型半導体領域10nの第2活性領域の表層部に、高濃度にP型不純物を含有する第1P型ソースドレイン24が形成され、第1P型ソースドレイン24の表層には高融点シリサイド層28が形成されている。以下、第1P型ソースドレイン24および高融点シリサイド層28とを第1P型ソースドレイン24,28と称することもある。また、図示は省略されているが、第1サイドウォール絶縁膜22aの下部における第1N型半導体領域10nの第2活性領域の表層部に、第1P型ソースドレイン24,28に接続して、第1P型ソースドレイン24,28よりも浅く、低濃度にP型不純物を含有するエクステンション領域が形成されている。上記のようにして第1ロードトランジスタLTr1が形成されている。図示は省略されているが、第2ロードトランジスタLTr2も同様の構成で形成されている。
シリコン基板10における第1N型半導体領域10nの第2活性領域上に第2ゲート絶縁膜18aが形成され、第2ゲート絶縁膜18aの上面に第1ゲート電極20aが積層して形成されている。第1ゲート電極20aは、たとえばポリシリコンにより形成され、第1ゲート電極20aの表層には高融点シリサイド層32が形成されている。以下、第1ゲート電極20aおよび高融点シリサイド層32とを第1ゲート電極20a,32と称することもある。第1ゲート電極20a,34の両側部における第2ゲート絶縁膜18a上に、第1サイドウォール絶縁膜22aが形成されている。第1サイドウォール絶縁膜22aの両側部における第1N型半導体領域10nの第2活性領域の表層部に、高濃度にP型不純物を含有する第1P型ソースドレイン24が形成され、第1P型ソースドレイン24の表層には高融点シリサイド層28が形成されている。以下、第1P型ソースドレイン24および高融点シリサイド層28とを第1P型ソースドレイン24,28と称することもある。また、図示は省略されているが、第1サイドウォール絶縁膜22aの下部における第1N型半導体領域10nの第2活性領域の表層部に、第1P型ソースドレイン24,28に接続して、第1P型ソースドレイン24,28よりも浅く、低濃度にP型不純物を含有するエクステンション領域が形成されている。上記のようにして第1ロードトランジスタLTr1が形成されている。図示は省略されているが、第2ロードトランジスタLTr2も同様の構成で形成されている。
第1コンタクトC1について記述する。
上記の第1N型半導体領域10nの第2活性領域の外周における素子分離領域(素子分離絶縁膜)の第2部分16a上に素子分離領域上ゲート絶縁膜18bが形成され、素子分離領域上ゲート絶縁膜18bの上に第2ゲート電極20bが積層して形成されている。第2ゲート電極20bは、たとえばポリシリコンにより形成され、第2ゲート電極20bの表層には高融点シリサイド層36が形成されている。以下、第2ゲート電極20bおよび高融点シリサイド層36とを第2ゲート電極20b,36と称することもある。第2ゲート電極20b,36の両側部における素子分離領域上ゲート絶縁膜18b上に、第2サイドウォール絶縁膜22bが形成されている。上記のようにして第1コンタクトC1が形成されている。図示は省略されているが、第2コンタクトC2も同様の構成で形成されている。
上記の第1N型半導体領域10nの第2活性領域の外周における素子分離領域(素子分離絶縁膜)の第2部分16a上に素子分離領域上ゲート絶縁膜18bが形成され、素子分離領域上ゲート絶縁膜18bの上に第2ゲート電極20bが積層して形成されている。第2ゲート電極20bは、たとえばポリシリコンにより形成され、第2ゲート電極20bの表層には高融点シリサイド層36が形成されている。以下、第2ゲート電極20bおよび高融点シリサイド層36とを第2ゲート電極20b,36と称することもある。第2ゲート電極20b,36の両側部における素子分離領域上ゲート絶縁膜18b上に、第2サイドウォール絶縁膜22bが形成されている。上記のようにして第1コンタクトC1が形成されている。図示は省略されているが、第2コンタクトC2も同様の構成で形成されている。
第1ロードトランジスタLTr1(PTr)、および第1コンタクトC1において、第1ゲート電極20a,32と、第2ゲート電極20b,36および第1P型ソースドレインの一部とを被覆して応力膜38が形成され、応力膜38上に層間絶縁膜40が形成されている。応力膜38および層間絶縁膜40には、第2ゲート電極20b,36の上面から第2サイドウォール22bおよび素子分離絶縁膜の第2部分16aを介して一方の第1P型ソースドレイン24,28の表面まで連通して開口された共通コンタクトホールCHcが形成され、共通コンタクトホールCHcに第1記憶ノード配線42aが埋め込まれている。
第1ドライブトランジスタDTr1(NTr)において、同様に、第1ゲート電極20a,34および第1N型ソースドレイン26,30の一部を被覆して応力膜38が形成され、応力膜38上に層間絶縁膜40が形成されている。応力膜38および層間絶縁膜40には、第1N型ソースドレイン26,30の一部を開口されたコンタクトホールCHが形成され、コンタクトホールCHに配線44が埋め込まれている。
応力膜38は、上記の半導体基板の各活性領域に対してゲート電極の延伸方向に作用する応力を与える応力膜であって、たとえば、窒化シリコン膜などを用いる。窒化シリコン膜は、ゲート電極の延伸方向に引っ張り応力を与えるため、第1ドライブトランジスタDTr1を含むNMOSトランジスタは、電流駆動能力を向上することができる。
また、応力膜38は、上に形成される層間絶縁膜40と異なるエッチング選択性を有する膜であって、層間絶縁膜40に共通コンタクトホールCHcやコンタクトホールCHを形成する際のエッチングストップレイヤーとしても機能する。そのため、共通コンタクトホールCHcやコンタクトホールCHは、応力膜38と層間絶縁膜40とを2段階のエッチングで除去することにより形成されている。
また、応力膜38は、上に形成される層間絶縁膜40と異なるエッチング選択性を有する膜であって、層間絶縁膜40に共通コンタクトホールCHcやコンタクトホールCHを形成する際のエッチングストップレイヤーとしても機能する。そのため、共通コンタクトホールCHcやコンタクトホールCHは、応力膜38と層間絶縁膜40とを2段階のエッチングで除去することにより形成されている。
第1記憶ノード配線42aは、共通コンタクトホールCHcやコンタクトホールCHの内壁を被覆するバリアメタルと共通コンタクトホールCHcやコンタクトホールCH内を埋め込む導電層とを含む。
上記の構成において、第1ロードトランジスタLTr1(PTr)における第2ゲート絶縁膜18aは、第1ドライブトランジスタDTr1(NTr)における第1ゲート絶縁膜19よりも厚く形成されている。また、後述のように、第1ロードトランジスタLTr1(PTr)における第2ゲート絶縁膜18aを形成する際に、第2活性領域の外周における素子分離絶縁膜の第2部分16aは、その上面がわずかではあるがさらに酸化され、薄い酸化膜を形成しているので、第1活性領域の外周における素子分離絶縁膜16bと比べて高くなっている。
これにより、素子分離絶縁膜の第2部分16aは、表層における端部に落ち込み部が形成されにくくなり、また、仮に素子分離絶縁膜の高さにばらつきがあっても低減されて、第2部分が素子分離絶縁膜の他の部分より極端に低くなることはない。そのため、共通コンタクトホールCHcに埋め込まれる第1記憶ノード配線42aと第1N型半導体領域10nの第2活性領域との間にリーク電流を生じることが抑制される。
第1ロードトランジスタLTr1(PTr)の第2ゲート絶縁膜18aを厚くしても、共通コンタクト構造に対する第1ロードトランジスタLTr1の性能には影響しない。
さらに、活性領域に引っ張り応力を与える応力膜により、NTrは電流駆動能力が向上する。NTrとPTrに共通の応力膜の場合、PTrに引っ張り応力は好ましくないが、上記と同様に、共通コンタクト構造に対する第1ロードトランジスタLTr1の性能には影響しない。
このように、本実施形態の半導体記憶装置であるSRAMは、PTr形成領域に、NTr形成領域よりも厚く形成されたゲート絶縁膜を有し、さらに活性領域に応力を与える応力膜を有するので、NTrの電流駆動能力を向上させた状態で、共通コンタクト部を形成する素子分離絶縁膜の端部の落ち込みや高さのばらつきを抑制して、共通コンタクト部におけるエッチングマージンを広げてリーク電流を防止することができる。
次に、本実施形態にかかる半導体記憶装置(SRAM)の製造方法について図面を参照して記述する。
図3から図9は、本実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を順次示した概略断面図である。
図3から図9は、本実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を順次示した概略断面図である。
図3(a)に示すように、たとえば、第1ロードトランジスタLTr1形成領域(以降、PTr形成領域とも称する)RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1、および第1ドライブトランジスタDTr1形成領域(以降、NTr形成領域とも称する)RNTrを含むシリコン基板10上に、たとえば、熱酸化法によって酸化膜(SiO2膜)12を5nm程度形成し、その上に化学的気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)法などによりシリコン窒化膜14を130nm程度形成する。
シリコン基板10は、たとえば、予めP型あるいはN型の導電性不純物がドープされた基板であっても良い。
シリコン基板10は、たとえば、予めP型あるいはN型の導電性不純物がドープされた基板であっても良い。
図3(b)に示すように、たとえば、第1コンタクトC1形成領域RC1とNTr形成領域RNTrにおいて、ArF光源を用いたリソグラフィーを行って、シリコン基板10における活性領域の形成領域以外の領域の窒化膜14をパターニングし、続いて酸化膜12をパターニングする。パターニングされた窒化膜14および酸化膜12をマスクにシリコン基板10の素子分離領域に300nm程度の深さの素子分離用溝10tを形成する。
図4(a)に示すように、たとえば、第1コンタクトC1形成領域RC1とNTr形成領域RNTrにおいて、形成された素子分離用溝10tに、高密度プラズマ(High Density Plasma:HDP)法によりシリコン酸化膜をそれぞれ埋め込んで、化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)法によりシリコン酸化膜の表面を平坦化する。
図4(b)に示すように、第1コンタクトC1形成領域RC1とNTr形成領域RNTrにおいて、窒化膜14および酸化膜12をウェットエッチングで除去することにより、STI型の素子分離絶縁膜16を形成する。
図5(a)に示すように、たとえば、シリコン基板10にイオン注入を行い、半導体領域を形成する。具体的には、NTr形成領域RNTrにおいて、シリコン基板10の素子分離絶縁膜16で区分された領域に、たとえば、ボロンを230keV、2.5×1013atoms/cm2および15keV、1.4×1013atoms/cm2の条件でイオン注入し、第1P型半導体領域10pを形成する。マスクを除去した後、PTr形成領域RPTrにおいて、素子分離絶縁膜16で区分された領域に、たとえば、リンを230keV、1.2×1013atoms/cm2および80keV、1.4×1013atoms/cm2の条件でイオン注入し、第1N型半導体領域10nを形成する。なお、イオン注入を行わない領域は、たとえば、マスクを形成して保護されている。また、予め一方の導電性不純物がドープされた半導体基板を用いた場合には、他方の半導体領域のみを形成しても良い。
図5(b)に示すように、たとえば、PTr形成領域RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1、およびNTr形成領域RNTrとにおいて、各半導体領域が形成されたシリコン基板を熱酸化処理して、その表面にゲート絶縁膜18を5nm程度成膜する。
図6(a)に示すように、たとえば、PTr形成領域RPTrおよび第1コンタクトC1形成領域RC1において、リソグラフィー工程によりレジストマスクRMを形成する。NTr形成領域RNTrにおいて、フッ酸により、露出されたゲート絶縁膜18を含んで酸化膜10nmに相当する厚さ程度除去する。このフッ酸によるエッチングはウェットエッチングであるが、PTr形成領域RPTrおよび第1コンタクトC1形成領域RC1は、レジストマスクRMで被覆されているため、影響を受けない。その後、PTr形成領域RPTrおよび第1コンタクトC1形成領域RC1において、レジストマスクRMを除去する。
図6(b)に示すように、たとえば、およびNTr形成領域RNTrにおいて、RTO(Rapid Thermal Oxidation)法により、シリコン基板10の表面にゲート絶縁膜19を1nm程度成膜する。なお、図6(b)では、PTr形成領域RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1における積層されたゲート酸化膜18,19をあわせてゲート酸化膜18と記載している。続けて、窒素面密度5×1014atoms/cm2の条件下において、プラズマ法により3秒程度ゲート絶縁膜18,19を窒化し、微量酸素添加の窒素雰囲気下において1050℃、50秒のポストアニールを行い、窒化を安定させる。これにより、PTr形成領域RPTrとNTr形成領域RNTrにおいて、PTr形成領域RPTrに膜厚の厚いゲート絶縁膜が形成される。また、ゲート絶縁膜18,19を形成する際の熱酸化により、第2活性領域の外周における素子分離絶縁膜の第2部分16aは、その表層がわずかに酸化され、素子分離絶縁膜の他の部分16bよりも表面の高さがわずかに高くなる。
図7(a)に示すように、たとえば、PTr形成領域RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1、およびNTr形成領域RNTrにおいて、CVD法により、ゲート絶縁膜18,19上にポリシリコン層20を100nm程度成膜する。
図7(b)に示すように、たとえば、PTr形成領域RPTrおよび第1コンタクトC1形成領域RC1と、NTr形成領域RNTrとにおいて、ArF光源を用いたリソグラフィー工程によりマスクを形成し、そのマスクを用いてポリシリコン層20をそれぞれパターニングして、各Nチャネルトランジスタと各Pチャネルトランジスタを構成し素子分離絶縁膜の第1部分(図示省略)および第2部分16aまでそれぞれ延伸された第1および第2ゲート電極20a,20bを形成する。なお、図示は省略されているが、図1(b)における第3および第4ゲート電極20c,20dも同時に形成される。
次に、たとえば、PTr形成領域RPTrにおいて、第1ゲート電極20aをマスクとして、第1N型半導体領域10nにおける第2活性領域の表層部分にP型の導電性不純物をイオン注入することで、不図示のエクステンション領域を形成する。また、たとえば、NTr形成領域RNTrにおいて、第1ゲート電極20aをマスクとして、第1P型半導体領域10pにおける第1活性領域の表層部分にN型の導電性不純物をイオン注入することで、不図示のエクステンション領域を形成する。
図8(a)に示すように、たとえば、PTr形成領域RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1、およびNTr形成領域RNTrにおいて、CVD法により酸化シリコン膜を70nm程度堆積し、全面にエッチバックして、第1および第2ゲート電極20a,20bの両側部に第1および第2サイドウォール絶縁膜22a,22bを形成する。このとき、ゲート絶縁膜18,19も各サイドウォールをマスクにエッチバックされ、第1活性領域上に第1ゲート絶縁膜19が、第2活性領域上に第2ゲート絶縁膜18aが、素子分離絶縁膜の第2部分16a上に素子分離領域上ゲート絶縁膜18bが形成される。
図8(b)に示すように、たとえば、PTr形成領域RPTrにおいて、第1ゲート電極20aおよび第1サイドウォール絶縁膜22aをマスクとして、第1サイドウォール絶縁膜22aの両側部における第1N型半導体領域10nの第2活性領域に、たとえば、ボロンを2.5keV、5×1015atoms/cm2の条件でイオン注入を行い、第1P型ソースドレイン24を形成する。このとき、PTr形成領域RPTrにおける第1ゲート電極20aの表層にもボロンが注入されてもよい。また、隣接する素子分離絶縁膜の第2部分16aにおける第2ゲート電極20bの表層にも不純物が導入されていても良い。
また、NTr形成領域RNTrにおいて、第1ゲート電極20aおよび第1サイドウォール絶縁膜22aをマスクとして、第1サイドウォール絶縁膜22aの両側部における第1P型半導体領域10pの第1活性領域に、たとえば、砒素を20keV、3×1015atoms/cm2およびリンを10keV、2×1015atoms/cm2の条件でイオン注入を行い、第1N型ソースドレイン26を形成する。このとき、PTr形成領域RPTrと同様に、NTr形成領域RNTrにおける第1ゲート電極20aの表層にも砒素およびリンが注入されてもよい。
また、NTr形成領域RNTrにおいて、第1ゲート電極20aおよび第1サイドウォール絶縁膜22aをマスクとして、第1サイドウォール絶縁膜22aの両側部における第1P型半導体領域10pの第1活性領域に、たとえば、砒素を20keV、3×1015atoms/cm2およびリンを10keV、2×1015atoms/cm2の条件でイオン注入を行い、第1N型ソースドレイン26を形成する。このとき、PTr形成領域RPTrと同様に、NTr形成領域RNTrにおける第1ゲート電極20aの表層にも砒素およびリンが注入されてもよい。
図9(a)に示すように、たとえば、PTr形成領域RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1、およびNTr形成領域RNTrとにおいて、1050℃、0秒の昇温レートおよび降温レートで、急峻なスパイクRTA(Rapid Thermal Anneal)を行い、各領域に導入された不純物を活性化する。その後、PTr形成領域RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1、およびNTr形成領域RNTrにおいて、スパッタによりニッケルを12nm程度成膜し、500℃程度に加熱してソースドレイン領域24,26およびゲート電極20a,20bのポリシリコンとシリサイド化させ、シリサイド層28,30,32,34,36を形成する。
図9(b)に示すように、たとえば、PTr形成領域RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1、およびNTr形成領域RNTrにおいて、第1および第2ゲート電極20a,20bを被覆して全面にCVD法により窒化シリコン膜を60nm程度成膜し、コンタクトエッチングストップレイヤーとしても機能する応力膜38を形成する。応力膜としては、上記の半導体基板の活性領域に対してゲート電極の延伸方向に作用する応力を有する膜であり、たとえば、窒化シリコン膜が用いられる。
図10に示すように、たとえば、第1コンタクトC1形成領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、応力膜38を被覆して、たとえば、HDP法により酸化シリコンを450nm程度堆積させ、CMP法で平坦化し、層間絶縁膜40を形成する。次に、第1コンタクトC1形成領域RC1において、ArF光源を用いたリソグラフィー工程およびエッチング加工により、露出した層間絶縁膜40および応力膜38を除去し、第2ゲート電極20b,36の上面から第1P型ソースドレイン24,28の表面まで連通して開口する共通コンタクトホールCHcを形成する。同様に、NTr形成領域RNTrにおいて、第1N型ソースドレイン26,30を露出するコンタクトホールCHを形成する。応力膜38は、上記のように層間絶縁膜40のエッチングストップレイヤーともなるので、2段階のエッチングを行う。
続いて、各コンタクトホールCH,CHcを被覆するようにバリアメタルとしてのタングステン層が形成され、さらに、窒化チタンが埋め込まれ、第1記憶ノード配線42aおよび配線44が形成される。これにより、共通コンタクトホールCHにおいて第2ゲート電極20b,34と第1P型ソースドレイン26,30が第1記憶ノード配線42aにより電気的に接続され、図2に示す半導体記憶装置が製造される。
上記のようにPTr形成領域RPTrのゲート絶縁膜を厚く形成すると同時にPTrが形成される活性領域の外周における素子分離絶縁膜を第2部分16a(具体的には、共通コンタクト構造が形成される部分)において他の部分より厚く形成することができる。そのため、素子分離絶縁膜が高さがばらついていても、共通コンタクト構造が形成される第2部分において他の部分より極端に低くなることはない。また、素子分離絶縁膜の表面における端部の落ち込み部分の形成が抑制される。
また、上記のような異なる膜厚のゲート絶縁膜を形成するための複数回の熱酸化処理は、ロジック回路や入出力回路など、SRAMの周辺回路において異なる厚さのゲート酸化膜を作り分ける工程と同時に行うことができるので、新たなプロセスを追加しなくてよい。このときに、薄い膜厚のゲート酸化膜が必要な領域においては、前の工程で形成された酸化膜がウェットエッチングで除去される。本実施形態のようにSRAM領域におけるゲート絶縁膜の厚さを作り分けてPTrのゲート絶縁膜を厚く形成することにより、PTr形成領域の活性領域を外周する素子分離絶縁膜の第2部分は、他の領域のゲート絶縁膜をウェットエッチングする際にレジストマスクで被覆されているので、変形や落ち込み部の発生が抑制される。
上記の本実施形態にかかる半導体記憶装置の製造方法によれば、PTr形成領域において、ゲート絶縁膜をNTr形成領域よりも厚く形成し、少なくともゲート電極を被覆して活性領域に応力を与える応力膜を形成しているので、NTrの電流駆動能力を向上させた状態で、共通コンタクト構造が形成される素子分離絶縁膜の端部の落ち込みや高さのばらつきを抑制して、応力膜に対するエッチングマージンを広げてリーク電流を防止することができる。
第2実施形態
図11は、本実施形態にかかる半導体記憶装置の断面図である。本実施形態にかかる半導体記憶装置は、実質的に第1実施形態と同様であるが、第1コンタクトC1領域における素子分離絶縁膜の第2部分16cの組成を素子分離絶縁膜の他の部分と変えた点が異なる。
図11は、本実施形態にかかる半導体記憶装置の断面図である。本実施形態にかかる半導体記憶装置は、実質的に第1実施形態と同様であるが、第1コンタクトC1領域における素子分離絶縁膜の第2部分16cの組成を素子分離絶縁膜の他の部分と変えた点が異なる。
第1コンタクト領域における素子分離絶縁膜(素子分離領域の第2部分)は、シリコン酸化膜にたとえば窒素が注入されて形成されており、他の領域における素子分離絶縁膜はシリコン酸化膜で形成されている。
本実施形態にかかる半導体記憶装置は、第2活性領域を外周する素子分離絶縁膜の第2部分16cにおいて、たとえば窒素が注入されて、素子分離絶縁膜の他の部分と異なる組成を有する。これにより、コンタクト構造が形成される素子分離絶縁膜の第2部分16cは、素子分離絶縁膜の他の部分と異なるエッチングレートを有するので、端部の落ち込みや膜減りによる高さのばらつきを抑制して、エッチングマージンが広がり、リーク電流を防止することができる。
図12から図16は、図11に示す半導体記憶装置の製造工程を順次示す概略断面図である。
図12(a)に示すように、たとえば、第1コンタクトC1形成領域RC1、PTr形成領域RPTr、およびNTr形成領域RNTrにおいて、第1実施形態における図3(a)から図4(a)と同様の工程で素子分離絶縁膜16を形成する。
ここで、素子分離絶縁膜16について、第2活性領域を外周する素子分離絶縁膜の第2部分16aと、第1活性領域の外周における素子分離絶縁膜16bとに分けて示す。
さらに、たとえば、第1コンタクトC1形成領域RC1、PTr形成領域RPTr、およびNTr形成領域RNTrにおいて、900℃程度の熱酸化により、8nm程度の膜厚の犠牲酸化膜SCを前面に形成する。
ここで、素子分離絶縁膜16について、第2活性領域を外周する素子分離絶縁膜の第2部分16aと、第1活性領域の外周における素子分離絶縁膜16bとに分けて示す。
さらに、たとえば、第1コンタクトC1形成領域RC1、PTr形成領域RPTr、およびNTr形成領域RNTrにおいて、900℃程度の熱酸化により、8nm程度の膜厚の犠牲酸化膜SCを前面に形成する。
次に、図12(b)に示すように、NTr形成領域RNTrにおいて、レジストマスクRMで窒化膜14を被覆して、第1コンタクトC1形成領域において、第2活性領域を外周する素子分離絶縁膜の第2部分16aに、1×1015atoms/cm2程度窒素を注入する。このとき、窒素注入は犠牲酸化膜SCを通して行われる。また、PTr形成領域RPTrの窒化膜14にも窒素が注入されるが、窒化膜14はシリコン酸化膜で形成された素子分離絶縁膜に比べて窒化されない。その結果、素子分離絶縁膜の他の部分と異なる組成を有する第2部分16cが形成される。
次に、図13(a)に示すように、たとえば、レジストマスクRMを除去し、ウェットエッチングにより犠牲酸化膜SCを除去する。
上記の犠牲酸化膜SCのウェットエッチングの際に、素子分離絶縁膜の第2部分16cにおいては、窒素が注入されていることにより酸化シリコンに対する選択比が大きくとれるようになり、犠牲酸化膜SCのウェットエッチングに対する耐性が確保でき、膜減りが低減できる。
上記の犠牲酸化膜SCのウェットエッチングの際に、素子分離絶縁膜の第2部分16cにおいては、窒素が注入されていることにより酸化シリコンに対する選択比が大きくとれるようになり、犠牲酸化膜SCのウェットエッチングに対する耐性が確保でき、膜減りが低減できる。
以降の工程は第1実施形態と同様であるので、簡単に記述する。
図13(b)に示すように、たとえば、PTr形成領域RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1、およびNTr形成領域RNTrにおいて、窒化膜14および酸化膜12をウェットエッチングで除去することにより、STI型の素子分離絶縁膜16b,16cを形成する。以下、素子分離絶縁膜16b,16cをあわせて素子分離絶縁膜16と称することもある。
図13(b)に示すように、たとえば、PTr形成領域RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1、およびNTr形成領域RNTrにおいて、窒化膜14および酸化膜12をウェットエッチングで除去することにより、STI型の素子分離絶縁膜16b,16cを形成する。以下、素子分離絶縁膜16b,16cをあわせて素子分離絶縁膜16と称することもある。
図14(a)に示すように、たとえば、NTr形成領域RNTrにおいて、第1活性領域に、たとえば、ボロンを230keV、2.5×1013atoms/cm2および15keV、1.4×1013atoms/cm2の条件でイオン注入し、第1P型半導体領域10pを形成する。マスクを除去した後、PTr形成領域RPTrにおいて、第2活性領域に、たとえば、リンを230keV、1.2×1013atoms/cm2および80keV、1.4×1013atoms/cm2の条件でイオン注入し、第1N型半導体領域10nを形成する。なお、イオン注入を行わない領域は、たとえば、マスクを形成して保護されている。
図14(b)に示すように、たとえば、PTr形成領域RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1、およびNTr形成領域RNTrにおいて、各半導体領域が形成されたシリコン基板を熱酸化処理して、その表面にゲート絶縁膜18を5nm程度成膜する。PTr形成領域RPTrおよび第1コンタクトC1形成領域RC1をレジストマスクRMで被覆して、NTr形成領域RNTrにおいて、フッ酸により、露出されたゲート絶縁膜18を含んで酸化膜10nmに相当する厚さ程度除去する。その後、PTr形成領域RPTrおよび第1コンタクトC1形成領域RC1において、レジストマスクRMを除去する。
図15(a)に示すように、たとえば、PTr形成領域RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1、およびNTr形成領域RNTrにおいて、RTO法により、シリコン基板10の表面にゲート絶縁膜19を1nm程度成膜する。続けて、窒素面密度5×1014atoms/cm2の条件下において、プラズマ法により3秒程度ゲート酸化膜18,19を窒化し、微量酸素添加の窒素雰囲気下において1050℃、50秒のポストアニールを行い、窒化を安定させる。これにより、PTr形成領域RPTrおよびNTr形成領域RNTrにおいて、膜厚の異なるゲート絶縁膜が形成される。
図15(b)に示すように、たとえば、PTr形成領域RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1、およびNTr形成領域RNTrにおいて、ゲート絶縁膜18,19上に第1ポリシリコン層20を100nm程度成膜し、リソグラフィー工程によりポリシリコン上に形成されたマスクを用いて、ポリシリコン層20をそれぞれパターニングして、第1および第2ゲート電極20a,20bを形成する。
次に、たとえば、PTr形成領域RPTrにおいて、第1ゲート電極20aをマスクとして、不図示のエクステンション領域を形成し、同様に、NTr形成領域RNTrにおいて、不図示のエクステンション領域を形成する。
次に、たとえば、PTr形成領域RPTrにおいて、第1ゲート電極20aをマスクとして、不図示のエクステンション領域を形成し、同様に、NTr形成領域RNTrにおいて、不図示のエクステンション領域を形成する。
図16(a)に示すように、たとえば、PTr形成領域RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1、およびNTr形成領域RNTrにおいて、第1および第2ゲート電極20a,20bの両側部に第1および第2サイドウォール絶縁膜22a,22bを形成する。PTr形成領域RPTrにおいて、第1ゲート電極20aおよび第1サイドウォール絶縁膜22aをマスクとして、第1サイドウォール絶縁膜22aの両側部における第2活性領域に、第1P型ソースドレイン24を形成する。同様に、NTr形成領域RNTrにおいて、第1ゲート電極20aおよび第1サイドウォール絶縁膜22aをマスクとして、第1サイドウォール絶縁膜22aの両側部における第1活性領域に、第1N型ソースドレイン26を形成する。
図16(b)に示すように、たとえば、PTr形成領域RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1、およびNTr形成領域RNTrにおいて、急峻なスパイクRTAを行い、各領域に導入された不純物を活性化する。その後、PTr形成領域RPTrおよび第1コンタクトC1形成領域RC1、およびNTr形成領域RNTrにおいて、スパッタによりニッケルを12nm程度成膜し、500℃程度に加熱して、シリサイド層28,30,32,34,36を形成する。PTr形成領域RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1、およびNTr形成領域RNTrにおいて、第1および第2ゲート電極20a,20bを被覆して全面に窒化シリコン膜を60nm程度成膜し、コンタクトエッチングストップレイヤーとしても機能する応力膜38を形成する。
続く工程は、PTr形成領域RPTr、第1コンタクトC1形成領域RC1、およびNTr形成領域RNTrにおいて、応力膜38を被覆して、酸化シリコンを450nm程度堆積させ、CMP法で平坦化し、層間絶縁膜40を形成する。次に、第1コンタクトC1形成領域RC1において、リソグラフィー工程によりマスクを形成し、露出した層間絶縁膜40および応力膜38をそれぞれエッチングにより除去し、第2ゲート電極20b,36の上面から第1P型ソースドレイン24,28の表面まで連通して開口する共通コンタクトホールCHcを形成する。同様に、NTr形成領域RNTrにおいて、第1N型ソースドレイン26,30を露出するコンタクトホールCHを形成する。各コンタクトホールCH,CHcを被覆するようにバリアメタルとしてタングステンが形成され、さらに、窒化チタンが埋め込まれ、第1記憶ノード配線42aおよび配線44がそれぞれ形成される。これにより、共通コンタクトホールCHcにおいて第2ゲート電極20b,34と第1P型ソースドレイン26,30が第1記憶ノード配線42aにより電気的に接続され、図11に示す半導体記憶装置を形成する。
上記のようにPTrが形成される第2活性領域の外周における素子分離絶縁膜を、少なくとも表層において、第2部分が他の部分と異なる組成で形成する。その結果、素子分離絶縁膜の第2部分16cは、他の部分と異なるエッチングレートを有する。そのため、上記のように活性領域上のゲート絶縁膜の厚さを作り分ける際に、必要に応じて第2部分上を含む素子分離絶縁膜に対してウェットエッチングを行っても、第2部分はエッチングされにくく、端部の落ち込みや膜減りを抑制することができる。その結果、共通コンタクト構造を形成する際のエッチングを深くまで掘り下げる必要がなくなり、エッチング時間を短くし、エッチングマージンを広げることができる。なお、素子分離絶縁膜の第2部分16cへの窒素注入は、共通コンタクト構造に対する第1ロードトランジスタの性能にはほとんど影響しない。
本実施形態にかかる半導体記憶装置の製造方法によれば、PTrが形成される第2活性領域の外周における素子分離絶縁膜の第2部分は、他の部分と異なるエッチングレートを有するので、第2部分はエッチングされにくくなり、素子分離絶縁膜の端部の落ち込みや高さのばらつきを抑制することができる。その結果、応力膜に対するエッチングマージンが広がって、リーク電流を防止することができる。
第3実施形態
図17は、本実施形態にかかる半導体記憶装置の断面図である。本実施形態にかかる半導体記憶装置は、実質的に第2実施形態と同様であるが、PTr形成領域RPTrにおける第2ゲート絶縁膜18cが、NTr形成領域RNTrにおける第1ゲート絶縁膜19と同一の工程で、ほぼ同じ厚さに形成されていることが異なる。
共通コンタクト部分が形成された、第2活性領域の外周における素子分離絶縁膜の第2部分16cは、たとえば窒素が注入されて素子分離絶縁膜の他の部分と異なる組成を有する。
図17は、本実施形態にかかる半導体記憶装置の断面図である。本実施形態にかかる半導体記憶装置は、実質的に第2実施形態と同様であるが、PTr形成領域RPTrにおける第2ゲート絶縁膜18cが、NTr形成領域RNTrにおける第1ゲート絶縁膜19と同一の工程で、ほぼ同じ厚さに形成されていることが異なる。
共通コンタクト部分が形成された、第2活性領域の外周における素子分離絶縁膜の第2部分16cは、たとえば窒素が注入されて素子分離絶縁膜の他の部分と異なる組成を有する。
本実施形態にかかる半導体記憶装置は、素子分離絶縁膜の第2部分16cは、素子分離絶縁膜の他の部分と異なる組成を有するので、異なるエッチングレートを有する。そのため、ウェットエッチングを行っても第2部分はエッチングされにくく、共通コンタクト構造が形成される素子分離絶縁膜の端部の落ち込みや膜減りを抑制することができる。その結果、共通コンタクトホールCHを形成する際のエッチングマージンが広がり、リーク電流を防止することができる。
本発明は、上記の実施形態に限定されず、本発明の観点を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
たとえば、各トランジスタに求められる性能に影響しない条件で、素子分離絶縁膜の全体に不純物を導入しても良い。
また、不純物の導入だけでなく、たとえば、素子分離用溝の一部に他の組成の材料を埋め込むなど他の方法により異なる組成の素子分離絶縁膜を形成しても良い。
たとえば、各トランジスタに求められる性能に影響しない条件で、素子分離絶縁膜の全体に不純物を導入しても良い。
また、不純物の導入だけでなく、たとえば、素子分離用溝の一部に他の組成の材料を埋め込むなど他の方法により異なる組成の素子分離絶縁膜を形成しても良い。
10…シリコン基板、10n…第1N型半導体領域、10p…第1P型半導体領域、10t…素子分離用溝、12…酸化膜、14…窒化膜、16,16a,16b,16c…素子分離絶縁膜、18a,18c…第2ゲート絶縁膜、18b,18d…素子分離領域上ゲート絶縁膜、19…第1ゲート絶縁膜、20…ポリシリコン層、20a…第1ゲート電極、20b…第2ゲート電極、20c…第3ゲート電極、20d…第4ゲート電極、22a…第1サイドウォール絶縁膜、22b…第2サイドウォール絶縁膜、24…第1P型ソースドレイン、26…第1N型ソースドレイン、28,30,32,34,36…高融点シリサイド層、38…応力膜、40…層間絶縁膜、42a…第1記憶ノード配線、42b…第2記憶ノード配線、44…配線層、CHc…共通コンタクトホール、CH…コンタクトホール、C1…第1共通コンタクト、C2…第2共通コンタクト、P1…第1P型半導体領域、P2…第2P型半導体領域、N1…第1N型半導体領域、N2…第2N型半導体領域、I…素子分離領域、LTr1…第1ロードトランジスタ、LTr2…第2ロードトランジスタ、DTr1…第1ドライブトランジスタ、DTr2…第2ドライブトランジスタ、TTr1…第1転送トランジスタ、TTr2…第2転送トランジスタ、ND…第1記憶ノード、ND…第2記憶ノード、WL…ワード線、BL…ビット線、BL…反転ビット線、SC…犠牲酸化膜。
Claims (13)
- 素子分離領域により分離された第1活性領域、第2活性領域、第3活性領域、および第4活性領域が構成された半導体基板を含み、前記第1活性領域および前記第2活性領域にそれぞれ形成された第1Nチャネルトランジスタと第1Pチャネルトランジスタを有して第1記憶ノードが構成される第1インバータと、前記第3活性領域および前記第4活性領域にそれぞれ形成された第2Nチャネルトランジスタと第2Pチャネルトランジスタを有して第2記憶ノードが構成される第2インバータとを有し、前記第1活性領域上に第1ゲート絶縁膜を介し、前記第2活性領域上に第2ゲート絶縁膜を介して形成され、前記第1Nチャネルトランジスタと前記第1Pチャネルトランジスタを構成する第1ゲート電極が、前記第4活性領域の外周における前記素子分離領域の第1部分まで延伸して前記第2記憶ノードである前記第2チャネルトランジスタの第2P型ソースドレインと接続され、前記第3活性領域上に第3ゲート絶縁膜を介し、前記第4活性領域上に第4ゲート絶縁膜を介して形成され、前記第2Nチャネルトランジスタと前記第2Pチャネルトランジスタを構成する第2ゲート電極が、前記第2活性領域の外周における前記素子分離領域の第2部分まで延伸して前記第1記憶ノードである前記第1Pチャネルトランジスタの第1P型ソースドレインと接続されているメモリセルが複数個集積された半導体記憶装置であって、
前記第2ゲート絶縁膜および前記第4ゲート絶縁膜は、前記第1ゲート絶縁膜および前記第3ゲート絶縁膜よりも厚く、
前記第1Nチャネルトランジスタ、前記第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および前記第2Pチャネルトランジスタを被覆して、各前記活性領域に対して応力を与える応力膜が形成されている
半導体記憶装置。 - 前記素子分離領域の前記第1部分および前記第2部分は、少なくとも表層において前記素子分離領域の他の部分と異なる組成を有する
請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1ゲート電極と前記第2P型ソースドレインは、前記素子分離領域の第1部分に形成された前記第1ゲート電極の上面から前記第2P型ソースドレインの表面まで連通して開口する第1共通コンタクトホールに埋め込まれた第1導電層により接続され、
前記第2ゲート電極と前記第1P型ソースドレインは、前記素子分離領域の第2部分に形成された前記第2ゲート電極の上面から前記第1P型ソースドレインの表面まで連通して開口する第2共通コンタクトホールに埋め込まれた第2導電層により接続されている
請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 素子分離領域により分離されて第1活性領域、第2活性領域、第3活性領域、および第4活性領域が構成された半導体基板を含み、前記第1活性領域および前記第2活性領域にそれぞれ形成された第1Nチャネルトランジスタと第1Pチャネルトランジスタを有して第1記憶ノードが構成される第1インバータと、前記第3活性領域および前記第4活性領域にそれぞれ形成された第2Nチャネルトランジスタと第2Pチャネルトランジスタを有して第2記憶ノードが構成される第2インバータとを有し、前記第1Nチャネルトランジスタと前記第1Pチャネルトランジスタを構成する第1ゲート電極が、前記第4活性領域の外周における素子分離領域の第1部分まで延伸して前記第2記憶ノードである前記第2チャネルトランジスタの第2P型ソースドレインと接続され、前記第2Nチャネルトランジスタと前記第2Pチャネルトランジスタを構成する第2ゲート電極が、前記第2活性領域の外周における素子分離領域の第2部分まで延伸して前記第1記憶ノードである前記第1Pチャネルトランジスタの第1P型ソースドレインと接続されているメモリセルが複数個集積された半導体記憶装置であって、
前記素子分離領域において、前記第1部分および前記第2部分は、少なくとも表層が他の部分と異なる組成を有し、
前記第1Nチャネルトランジスタ、前記第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および前記第2Pチャネルトランジスタを被覆して、各前記活性領域に対して応力を与える応力膜が形成されている
半導体記憶装置。 - 前記第1ゲート電極と前記第2P型ソースドレインは、前記素子分離領域の第1部分に形成された前記第1ゲート電極の上面から前記第2P型ソースドレインの表面まで連通して開口する第1共通コンタクトホールに埋め込まれた第1導電層により接続され、
前記第2ゲート電極と前記第1P型ソースドレインは、前記素子分離領域の第2部分に形成された前記第2ゲート電極の上面から前記第1P型ソースドレインの表面まで連通して開口する第2共通コンタクトホールに埋め込まれた第2導電層により接続されている
請求項4に記載の半導体記憶装置。 - 素子分離領域により分離されて第1活性領域、第2活性領域、第3活性領域、および第4活性領域が構成された半導体基板を含み、前記第1活性領域および前記第2活性領域にそれぞれ形成された第1Nチャネルトランジスタと第1Pチャネルトランジスタを有して第1記憶ノードが構成される第1インバータと、前記第3活性領域および前記第4活性領域にそれぞれ形成された第2Nチャネルトランジスタと第2Pチャネルトランジスタを有して第2記憶ノードが構成される第2インバータとを有し、前記第1Nチャネルトランジスタと前記第1Pチャネルトランジスタを構成する第1ゲート電極が、前記第2記憶ノードである前記第2チャネルトランジスタの第2P型ソースドレインと接続され、前記第2Nチャネルトランジスタと前記第2Pチャネルトランジスタを構成する第2ゲート電極が、前記第1記憶ノードである前記第1Pチャネルトランジスタの第1P型ソースドレインと接続されているメモリセルが複数個集積された半導体記憶装置の製造方法であって、
前記第1活性領域上に第1ゲート絶縁膜を、前記第2活性領域上に第2ゲート絶縁膜を、前記第3活性領域上に第3ゲート絶縁膜を、および前記第4活性領域上に第4ゲート絶縁膜を、前記第2ゲート絶縁膜および前記第4ゲート絶縁膜を前記第1ゲート絶縁膜および前記第3ゲート絶縁膜よりも厚く形成する工程と、
前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜上に、前記第4活性領域の外周における前記素子分離領域の第1部分まで延伸する前記第1ゲート電極を形成し、前記第3ゲート絶縁膜および前記第4ゲート絶縁膜上に、前記第2活性領域の外周における前記素子分離領域の第2部分まで延伸する前記第2ゲート電極をそれぞれ形成する工程と、
前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両側部における前記第1活性領域および前記第3活性領域の表層に、第1N型ソースドレインおよび第2N型ソースドレインをそれぞれ形成する工程と、
前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両側部における前記第2活性領域および前記第4活性領域の表層に、前記第1P型ソースドレインおよび前記第2P型ソースドレインをそれぞれ形成する工程と、
前記第1Nチャネルトランジスタ、前記第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および前記第2Pチャネルトランジスタを被覆して、各前記活性領域に対して応力を与える応力膜を形成する工程と
を有する半導体記憶装置の製造方法。 - 前記第1ゲート絶縁膜、前記第2ゲート絶縁膜、前記第3ゲート絶縁膜、前記第4ゲート絶縁膜をそれぞれ形成する工程において、前記第2ゲート絶縁膜および前記第4ゲート絶縁膜は、前記第2活性領域および前記第4活性領域に対する複数の成膜工程により形成され、前記第1ゲート絶縁膜および前記第3ゲート絶縁膜は前記第1活性領域および前記第3活性領域に対する1回の成膜工程により形成される
請求項6に記載の半導体記憶装置の製造方法。 - 前記第1ゲート絶縁膜、前記第2ゲート絶縁膜、前記第3ゲート絶縁膜、前記第4ゲート絶縁膜をそれぞれ形成する工程において、前記成膜工程は、熱酸化工程である
請求項7に記載の半導体記憶装置の製造方法。 - 前記第1ゲート絶縁膜、前記第2ゲート絶縁膜、前記第3ゲート絶縁膜、前記第4ゲート絶縁膜をそれぞれ形成する工程において、各前記活性領域に対して成膜工程を施して薄膜ゲート絶縁膜を形成し、前記第1活性領域および前記第3活性領域に形成された前記薄膜ゲート絶縁膜を除去した後に、各前記活性領域に対してさらに成膜工程を施して前記第1ゲート絶縁膜、前記第2ゲート絶縁膜、前記第3ゲート絶縁膜、前記第4ゲート絶縁膜をそれぞれ形成する
請求項7に記載の半導体記憶装置の製造方法。 - 前記第1ゲート絶縁膜、前記第2ゲート絶縁膜、前記第3ゲート絶縁膜、前記第4ゲート絶縁膜をそれぞれ形成する工程の前に、前記第1部分および前記第2部分に、少なくとも表層において他の部分と異なる組成を有する前記素子分離領域を形成する工程と
を有する請求項6に記載の半導体記憶装置の製造方法。 - 前記第1部分および前記第2部分に、少なくとも表層において他の部分と異なる組成を有する前記素子分離領域を形成する工程において、前記素子分離領域の第1部分および前記第2部分に不純物を導入する
請求項10に記載の半導体記憶装置の製造方法。 - 素子分離領域により分離されて第1活性領域、第2活性領域、第3活性領域、および第4活性領域が構成された半導体基板を含み、前記第1活性領域および前記第2活性領域にそれぞれ形成された第1Nチャネルトランジスタと第1Pチャネルトランジスタを有して第1記憶ノードが構成される第1インバータと、前記第3活性領域および前記第4活性領域にそれぞれ形成された第2Nチャネルトランジスタと第2Pチャネルトランジスタを有して第2記憶ノードが構成される第2インバータとを有し、前記第1Nチャネルトランジスタと前記第1Pチャネルトランジスタを構成する第1ゲート電極が、前記第2記憶ノードである前記第2Pチャネルトランジスタの第2P型ソースドレインに接続され、前記第2Nチャネルトランジスタと前記第2Pチャネルトランジスタを構成する第2ゲート電極が、前記第1記憶ノードである前記第1Pチャネルトランジスタの第1P型ソースドレインに接続されているメモリセルが複数個集積された半導体記憶装置製造方法であって、
前記第4活性領域の外周における第1部分および前記第2活性領域の外周における第2部分が、少なくとも表層において他の部分と異なる組成を有する前記素子分離領域を形成する工程と、
前記第1活性領域、前記第2活性領域、前記第3活性領域、および前記第4活性領域上に、第1ゲート絶縁膜、第2ゲート絶縁膜、第3ゲート絶縁膜、第4ゲート絶縁膜をそれぞれ形成する工程と、
前記第1ゲート絶縁膜および前記第2ゲート絶縁膜上に、前記第4活性領域の外周における前記素子分離領域の第1部分まで延伸する前記第1ゲート電極を形成し、前記第3ゲート絶縁膜および前記第4ゲート絶縁膜上に、前記第2活性領域の外周における前記素子分離領域の第2部分まで延伸する前記第2ゲート電極をそれぞれ形成する工程と、
前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両側部における前記第1活性領域および前記第3活性領域の表層に、第1N型ソースドレインおよび第2N型ソースドレインをそれぞれ形成する工程と、
前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の両側部における前記第2活性領域および前記第4活性領域の表層に、前記第1P型ソースドレインおよび前記第2P型ソースドレインをそれぞれ形成する工程と、
前記第1Nチャネルトランジスタ、前記第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および前記第2Pチャネルトランジスタを被覆して、各前記活性領域に対して応力を与える応力膜を形成する工程と
を有する半導体記憶装置の製造方法。 - 前記第1部分および前記第2部分が、少なくとも表層において他の部分と異なる組成を有する前記素子分離領域を形成する工程において、前記素子分離領域の第1部分および前記第2部分に不純物を導入する
請求項12に記載の半導体記憶装置の製造方法。
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JP2006271745A JP2008091683A (ja) | 2006-10-03 | 2006-10-03 | 半導体記憶装置およびその製造方法 |
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JP2006271745A JP2008091683A (ja) | 2006-10-03 | 2006-10-03 | 半導体記憶装置およびその製造方法 |
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-
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- 2006-10-03 JP JP2006271745A patent/JP2008091683A/ja active Pending
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