JP2010045136A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
従来の半導体装置として、所定のトランジスタのゲート電極とソース・ドレイン領域に共通に接続されるシェアードコンタクトを有するSRAMセルが形成された半導体装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional semiconductor device, a semiconductor device in which an SRAM cell having a shared contact connected in common to a gate electrode and a source / drain region of a predetermined transistor is formed (see, for example, Patent Document 1).
このような特許文献1等に記載の従来の半導体装置によれば、シェアードコンタクトを用いることにより、SRAMセルを微細化することができる。
本発明の目的は、隣接するシェアードコンタクト間の短絡が発生するおそれの少ないSRAMセルを有する半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device having an SRAM cell that is less likely to cause a short circuit between adjacent shared contacts.
本発明の一態様は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された、トランスファトランジスタ、ドライバトランジスタおよびロードトランジスタをそれぞれ2つずつ含むSRAMセルと、前記SRAMセル上に形成された層間絶縁膜と、前記トランスファトランジスタの第1のゲート電極、および前記ドライバトランジスタと前記ロードトランジスタに共有される第2のゲート電極と、前記第2のゲート電極と、前記ロードトランジスタのソース・ドレイン領域との両方に接続される、前記層間絶縁膜中に形成されたシェアードコンタクトと、を有し、前記SRAMセル内において、2つの前記第2のゲート電極がそれらのゲート長方向に重なりをもたないように配置される半導体装置を提供する。 One embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, an SRAM cell formed over the semiconductor substrate, each including two transfer transistors, driver transistors, and load transistors, and an interlayer insulating film formed over the SRAM cell. , Both of the first gate electrode of the transfer transistor, the second gate electrode shared by the driver transistor and the load transistor, the second gate electrode, and the source / drain region of the load transistor And a shared contact formed in the interlayer insulating film, and arranged in the SRAM cell so that the two second gate electrodes do not overlap in the gate length direction. A semiconductor device is provided.
本発明によれば、隣接するシェアードコンタクト間の短絡が発生するおそれの少ないSRAMセルを有する半導体装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor device which has an SRAM cell with little possibility that the short circuit between adjacent shared contacts will generate | occur | produce can be provided.
〔第1の実施の形態〕
(半導体装置の構成)
図1(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置のSRAMセルを概略的に表す上面図であり、図1(b)は、図1(a)のSRAMセルを(マトリクス)アレイ配置した状態を示す上面図である。
[First Embodiment]
(Configuration of semiconductor device)
FIG. 1A is a top view schematically showing the SRAM cell of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1B shows the SRAM cell of FIG. It is a top view showing a state in which a matrix) array is arranged.
本実施の形態においては、6トランジスタ型のSRAMについて説明する。6トランジスタ型のSRAMは、1つのセルにn型のトランスファトランジスタ、n型のドライバトランジスタ、p型のロードトランジスタをそれぞれ2つずつ有する。 In this embodiment, a six-transistor SRAM is described. The six-transistor SRAM has two n-type transfer transistors, two n-type driver transistors, and two p-type load transistors in one cell.
本実施の形態に係る半導体装置は、6トランジスタ型のSRAMセル10を有し、SRAMセル10は、n型のトランスファトランジスタT、n型のドライバトランジスタD、およびp型のロードトランジスタLの3種類のトランジスタと、ソース・ドレイン領域11a、11b、11c、11d、11eと、ゲート電極12a、12bと、ソース・ドレイン領域11a、11b、11c、11d、およびゲート電極12aに接続されるコンタクト13と、ゲート電極12bとソース・ドレイン領域11eに共通して接続されるシェアードコンタクト14と、ゲート電極12a、12bの下に形成されるゲート絶縁膜15と、ゲート電極12a、12bの側面に形成されるゲート側壁16と、を含む。
The semiconductor device according to the present embodiment has a six-transistor
また、トランスファトランジスタT、ドライバトランジスタD、ロードトランジスタLは、半導体基板1上に形成され、素子分離領域2により、互いに電気的に分離される。
The transfer transistor T, the driver transistor D, and the load transistor L are formed on the
ソース・ドレイン領域11aは、トランスファトランジスタTとドライバトランジスタDに共有される。また、ソース・ドレイン領域11bは、隣接する2つのトランスファトランジスタTに共有される。また、ソース・ドレイン領域11cは、隣接する2つのドライバトランジスタDに共有される。また、ソース・ドレイン領域11dは、隣接する2つのロードトランジスタLに共有される。また、ソース・ドレイン領域11eは、1つのロードトランジスタLに属する。
The source /
ゲート電極12aは、トランスファトランジスタTに属する。また、ゲート電極12bは、ドライバトランジスタDとロードトランジスタLに共有される。
The
また、SRAMセル10上には、後述する層間絶縁膜3が形成される。ここで、SRAMセル10中の隣接する2つのゲート電極12a間の領域、および隣接するゲート電極12aとゲート電極12bの間の領域は、アスペクト比の高い溝であるため、層間絶縁膜3を隙間なく埋め込むことが困難であり、溝の底部に層間絶縁膜3が存在しない空隙が形成される場合がある。
Further, an
図2は、図1(a)の切断線A−Aにおける切断面を矢印の方向に見た断面図であり、隣接するゲート電極12aとゲート電極12bの間の領域に空隙17が形成された場合の断面を表す。SRAMセル10上に形成される層間絶縁膜3は、SiO2等の絶縁材料からなり、CVD法等により形成される。なお、層間絶縁膜3は、例えば、SiN膜上にSiO2膜を積層した構造のような積層構造であってもよい。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the cut surface along the cutting line AA in FIG. 1A as viewed in the direction of the arrow, and a gap 17 is formed in a region between the
各SRAMセル10内において、2つのゲート電極12bは、それらのゲート長方向(図1(a)、(b)中の上下方向)に重なりをもたないように配置される。このため、隣接する2つのゲート電極12b間の領域には、空隙17が形成されない。
Within each
ソース・ドレイン領域11eおよびゲート電極12bは、ソース・ドレイン領域11eの一部がゲート電極12bのゲート幅方向の同一直線状に位置するように配置される。そして、長手方向が前ゲート電極12bのゲート幅方向と実質的に平行になるように配置されたシェアードコンタクト14が、ソース・ドレイン領域11eおよびゲート電極12bに接続される。
The source /
なお、図1(a)、(b)においては、簡略化のため、ゲート側壁16、層間絶縁膜3の図示を省略する。
In FIGS. 1A and 1B, illustration of the gate sidewall 16 and the
半導体基板1には、Si基板等の、Siを主成分とするSi系結晶からなる基板を用いることができる。また、素子分離領域2は、SiO2等の絶縁材料からなる。
As the
ソース・ドレイン領域11a、11b、11c、11d、11eに含まれる導電型不純物は、n型不純物としてAs、P等、p型不純物としてB、BF2等のp型不純物が用いられる。
As the conductive impurities contained in the source /
ゲート電極12a、12bは、例えば、導電型不純物を含むSi系多結晶からなる。ゲート電極12a、12bに含まれる導電型不純物には、n型不純物としてAs、P等、p型不純物としてB、BF2等のp型不純物が用いられる。なお、ゲート電極12a、12bの表面にシリサイド層が形成されていてもよい。また、ゲート電極12a、12bは、全体がシリサイド化したフルシリサイド電極であってもよい。また、ゲート電極12a、12bは、W、Ta、Ti、Hf、Zr、Ru、Pt、Ir、Mo、Al、Ni等やこれらの化合物等からなるメタルゲート電極であってもよい。また、メタルゲート電極部とSi系多結晶電極部の積層構造を有してもよい。
The
コンタクト13は、ソース・ドレイン領域11b、11c、11d、またはゲート電極12aと上層の配線とを電気的に接続する。また、シェアードコンタクト14は、ゲート電極12bおよびソース・ドレイン領域11eと上層の配線とを電気的に接続する。コンタクト13およびシェアードコンタクト14は、例えば、W、Cu、Al、Au、Ag等の金属からなる。
The
ゲート絶縁膜15は、例えば、SiO2、SiN、SiONや、High−k材料(例えば、HfSiON、HfSiO、HfO2等のHf系材料、ZrSiON、ZrSiO、ZrO2等のZr系材料、Y2O3等のY系材料)からなる。
The
ゲート側壁16は、例えばSiNからなる単層構造や、SiN、SiO2、TEOS(Tetraethoxysilane)等の複数種の絶縁材料からなる2層構造、更には3層以上の構造であってもよい。
Gate sidewalls 16, for example, a single-layer structure or composed of SiN, SiN, 2-layer structure consisting of a plurality of kinds of
以下に、比較例として、従来の構造の6トランジスタ型のSRAMを有する半導体装置について説明する。比較例にかかる半導体装置は、本実施の形態に係る半導体装置とは、ドライバトランジスタとロードトランジスタに共有されるゲート電極の配置において異なる。なお、各部材の構成は、本実施の形態に係る半導体装置と同様であるとする。 As a comparative example, a semiconductor device having a conventional 6-transistor type SRAM will be described below. The semiconductor device according to the comparative example differs from the semiconductor device according to the present embodiment in the arrangement of the gate electrode shared by the driver transistor and the load transistor. Note that the configuration of each member is the same as that of the semiconductor device according to the present embodiment.
図3(a)は、比較例に係る半導体装置のSRAMセルを概略的に表す上面図であり、図3(b)は、図3(a)のSRAMセルを(マトリクス)アレイ配置した状態を示す上面図である。また、図4(a)は、図3(a)の切断線B−Bにおける切断面を矢印の方向に見た断面図であり、図4(b)は、図3(a)の切断線C−Cにおける切断面を矢印の方向に見た断面図である。 FIG. 3A is a top view schematically showing the SRAM cell of the semiconductor device according to the comparative example, and FIG. 3B shows a state in which the SRAM cells of FIG. 3A are arranged in a (matrix) array. FIG. FIG. 4A is a cross-sectional view of the cut surface taken along the line BB of FIG. 3A in the direction of the arrow, and FIG. 4B is the cut line of FIG. It is sectional drawing which looked at the cut surface in CC in the direction of the arrow.
比較例に係る半導体装置は、n型のトランスファトランジスタT、n型のドライバトランジスタD、およびp型のロードトランジスタLの3種類のトランジスタと、ソース・ドレイン領域21a、21b、21c、21d、21eと、ゲート電極22a、22bと、ソース・ドレイン領域21a、21b、21c、21d、およびゲート電極22aに接続されるコンタクト23と、ゲート電極22bとソース・ドレイン領域21eに共通して接続されるシェアードコンタクト24と、ゲート電極22a、22bの下に形成されるゲート絶縁膜25と、ゲート電極22a、22bの側面に形成されるゲート側壁26と、を有する。
The semiconductor device according to the comparative example includes three types of transistors, an n-type transfer transistor T, an n-type driver transistor D, and a p-type load transistor L, and source /
また、トランスファトランジスタT、ドライバトランジスタD、ロードトランジスタLは、半導体基板1上に形成され、素子分離領域2により、互いに電気的に分離される。
The transfer transistor T, the driver transistor D, and the load transistor L are formed on the
ソース・ドレイン領域21aは、トランスファトランジスタTとドライバトランジスタDに共有される。また、ソース・ドレイン領域21bは、隣接する2つのトランスファトランジスタTに共有される。また、ソース・ドレイン領域21cは、隣接する2つのドライバトランジスタDに共有される。また、ソース・ドレイン領域21dは、隣接する2つのロードトランジスタLに共有される。また、ソース・ドレイン領域21eは、1つのロードトランジスタLに属する。
The source / drain region 21 a is shared by the transfer transistor T and the driver transistor D. The source /
ゲート電極22aは、トランスファトランジスタTに属する。また、ゲート電極22bは、ドライバトランジスタDとロードトランジスタLに共有される。
The
この比較例に係る半導体装置においては、本実施の形態に係る半導体装置と異なり、各SRAMセル20内において、2つのゲート電極22bは、それらのゲート長方向に重なりをもつように配置される。このため、SRAMセル20上に層間絶縁膜3を形成すると、SRAMセル20中の隣接する2つのゲート電極22a間の領域、および隣接するゲート電極22aとゲート電極22bの間の領域の他に、隣接する2つのゲート電極12b間の領域にも、空隙が形成される場合がある。
In the semiconductor device according to this comparative example, unlike the semiconductor device according to the present embodiment, in each
隣接する2つのゲート電極12b間の領域に空隙が形成されると、隣接する2つのシェアードコンタクト24の間隔が小さいため、シェアードコンタクト24を形成する際に、空隙内にシェアードコンタクト24の材料(例えばW)が流入し、隣接する2つのシェアードコンタクト24を短絡させるおそれがある。この領域を短絡発生領域27として、図3(a)、(b)中に示す。
When a gap is formed in the region between the two
なお、図3(a)、(b)においては、簡略化のため、ゲート側壁26、層間絶縁膜3の図示を省略するが、短絡発生領域27の位置を概略的に示す。
3A and 3B, the
(第1の実施の形態の効果)
本発明の第1の実施の形態によれば、各SRAMセル10内において、2つのゲート電極12bは、それらのゲート長方向に実質的に重なりをもたないように配置されるため、隣接する2つのゲート電極12b間の領域に空隙17が形成されない。これにより、隣接する2つのシェアードコンタクト14が短絡することを防止できる。
(Effects of the first embodiment)
According to the first embodiment of the present invention, in each
なお、本実施の形態においては、隣接する2つのゲート電極12b間の領域に空隙17が形成されないとしたが、不連続な少量の空隙であれば、形成されてもよい。この場合、シェアードコンタクト14の材料が空隙に流入したとしても、隣接する2つのシェアードコンタクト14を電気的に接続するおそれがないためである。
In the present embodiment, the gap 17 is not formed in the region between the two
〔第2の実施の形態〕
本発明の第2の実施の形態は、シェアードコンタクトの配置等において第1の実施の形態と異なる。なお、第1の実施の形態と同様の点については説明を省略する。
[Second Embodiment]
The second embodiment of the present invention differs from the first embodiment in the arrangement of shared contacts and the like. Note that a description of the same points as in the first embodiment will be omitted.
(半導体装置の構成)
図5は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置のSRAMセルを概略的に表す上面図である。
(Configuration of semiconductor device)
FIG. 5 is a top view schematically showing an SRAM cell of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
本実施の形態においては、第1の実施の形態におけるソース・ドレイン領域11e、ゲート電極12b、およびシェアードコンタクト14の代わりに、それぞれソース・ドレイン領域31e、ゲート電極32b、およびシェアードコンタクト34が形成される。その他の部材については、第1の実施の形態と同様である。なお、ソース・ドレイン領域31e、ゲート電極32b、およびシェアードコンタクト34の材料、機能はソース・ドレイン領域11e、ゲート電極12b、およびシェアードコンタクト14と同等である。
In the present embodiment, a source /
シェアードコンタクト34は、その長手方向が、ゲート電極32bのゲート幅方向と(90×n)°(nは自然数)以外の角度をなすように配置される。このため、ソース・ドレイン領域31eの一部がゲート電極32bのゲート幅方向の同一直線状に位置するようにソース・ドレイン領域31eおよびゲート電極32bを配置しなくても、シェアードコンタクト34を両者に接続することができる。
The shared contact 34 is arranged such that its longitudinal direction forms an angle other than (90 × n) ° (n is a natural number) with respect to the gate width direction of the
(第2の実施の形態の効果)
本発明の第2の実施の形態によれば、ソース・ドレイン領域31eの面積を第1の実施の形態におけるソース・ドレイン領域11eの面積よりも小さくすることができるため、ソース・ドレイン領域とその下に形成されるウェル(図示しない)との間の接合容量を小さくすることができる。
(Effect of the second embodiment)
According to the second embodiment of the present invention, the area of the source /
〔第3の実施の形態〕
本発明の第3の実施の形態は、シェアードコンタクトの形状および配置等において第1の実施の形態と異なる。なお、第1の実施の形態と同様の点については説明を省略する。
[Third Embodiment]
The third embodiment of the present invention differs from the first embodiment in the shape and arrangement of shared contacts. Note that a description of the same points as in the first embodiment will be omitted.
(半導体装置の構成)
図6は、本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置のSRAMセルを概略的に表す上面図である。
(Configuration of semiconductor device)
FIG. 6 is a top view schematically showing an SRAM cell of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
本実施の形態においては、第1の実施の形態におけるソース・ドレイン領域11e、ゲート電極12b、およびシェアードコンタクト14の代わりに、それぞれソース・ドレイン領域41e、ゲート電極42b、およびシェアードコンタクト44が形成される。その他の部材については、第1の実施の形態と同様である。なお、ソース・ドレイン領域41e、ゲート電極42b、およびシェアードコンタクト44の材料、機能はソース・ドレイン領域11e、ゲート電極12b、およびシェアードコンタクト14と同等である。
In the present embodiment, a source /
シェアードコンタクト44の断面形状は、内角がSRAMセル10の中心部に向いたL字形状である。このため、ソース・ドレイン領域41eの一部がゲート電極42bのゲート幅方向の同一直線状に位置するようにソース・ドレイン領域41eおよびゲート電極42bを配置しなくても、シェアードコンタクト44を両者に接続することができる。なお、シェアードコンタクト44の断面のL字形状の内角は直角でなくてもよい。
The cross-sectional shape of the shared contact 44 is an L shape whose inner angle faces the center of the
(第3の実施の形態の効果)
本発明の第3の実施の形態によれば、ソース・ドレイン領域41eの面積を第1の実施の形態におけるソース・ドレイン領域11eの面積よりも小さくすることができるため、ソース・ドレイン領域とその下に形成されるウェル(図示しない)との間の接合容量を小さくすることができる。
(Effect of the third embodiment)
According to the third embodiment of the present invention, the area of the source /
〔他の実施の形態〕
本発明は、上記各実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記各実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。 In addition, the constituent elements of the above embodiments can be arbitrarily combined without departing from the spirit of the invention.
1 半導体基板。 3 層間絶縁膜。 11a、11b、11c、11d、11e、21a、21b、21c、21d、21e、31e、41e ソース・ドレイン領域。 12a、12b、22a、22b、32b、42b ゲート電極。 13、23、33 コンタクト。 14、24、34、44 シェアードコンタクト。 17 空隙。 10、20、30 SRAMセル。 T トランスファトランジスタ。 D ドライバトランジスタ。 L ロードトランジスタ。
1 Semiconductor substrate. 3 Interlayer insulation film. 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 31e, 41e Source / drain regions. 12a, 12b, 22a, 22b, 32b, 42b Gate electrodes. 13, 23, 33 Contact. 14, 24, 34, 44 Shared contact. 17 Void. 10, 20, 30 SRAM cells. T Transfer transistor. D Driver transistor. L Load transistor.
Claims (5)
前記半導体基板上に形成された、トランスファトランジスタ、ドライバトランジスタおよびロードトランジスタをそれぞれ2つずつ含むSRAMセルと、
前記SRAMセル上に形成された層間絶縁膜と、
前記トランスファトランジスタの第1のゲート電極、および前記ドライバトランジスタと前記ロードトランジスタに共有される第2のゲート電極と、
前記第2のゲート電極と、前記ロードトランジスタのソース・ドレイン領域との両方に接続される、前記層間絶縁膜中に形成されたシェアードコンタクトと、
を有し、
前記SRAMセル内において、2つの前記第2のゲート電極がそれらのゲート長方向に重なりをもたないように配置される、
半導体装置。 A semiconductor substrate;
SRAM cells formed on the semiconductor substrate, each including two transfer transistors, driver transistors, and load transistors;
An interlayer insulating film formed on the SRAM cell;
A first gate electrode of the transfer transistor, and a second gate electrode shared by the driver transistor and the load transistor;
A shared contact formed in the interlayer insulating film, connected to both the second gate electrode and a source / drain region of the load transistor;
Have
In the SRAM cell, the two second gate electrodes are arranged so as not to overlap in the gate length direction.
Semiconductor device.
請求項1に記載の半導体装置。 A longitudinal direction of the shared contact is substantially parallel to a gate width direction of the second gate electrode;
The semiconductor device according to claim 1.
請求項1に記載の半導体装置。 A longitudinal direction of the shared contact forms an angle other than (90 × n) ° (n is a natural number) with a gate width direction of the second gate electrode;
The semiconductor device according to claim 1.
請求項1に記載の半導体装置。 The cross-sectional shape of the shared contact is a substantially L shape with an inner angle facing the center of the SRAM cell.
The semiconductor device according to claim 1.
請求項3または4に記載の半導体装置。 The source / drain regions of the load transistor and the second gate electrode to which the shared contact is connected are not located on the same straight line in the gate width direction of the second gate electrode. Arranged as
The semiconductor device according to claim 3 or 4.
Priority Applications (1)
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