JP2635831B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2635831B2
JP2635831B2 JP3025058A JP2505891A JP2635831B2 JP 2635831 B2 JP2635831 B2 JP 2635831B2 JP 3025058 A JP3025058 A JP 3025058A JP 2505891 A JP2505891 A JP 2505891A JP 2635831 B2 JP2635831 B2 JP 2635831B2
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10B10/00Static random access memory [SRAM] devices
    • H10B10/12Static random access memory [SRAM] devices comprising a MOSFET load element
    • H10B10/125Static random access memory [SRAM] devices comprising a MOSFET load element the MOSFET being a thin film transistor [TFT]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10S257/903FET configuration adapted for use as static memory cell

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体装置に係り、特
にTFT(Thin Film Transistor)を用いた半導体装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、SRAMにおいては、その微細化
及び高密度化に伴い、従来用いられていた高抵抗負荷型
のものから、TFT負荷型のものへと移行しつつある。
このTFT負荷型のSRAMなどに用いられるTFTに
ついて、半導体基板に形成した拡散層をTFTのゲート
とした構造につき、以下、図5を参照して製造方法的に
説明する。
【0003】先ず、同図(a)に示すように、例えばp
型のSi基板101上の所定の領域に、選択酸化法等を
用いて素子分離領域102を形成する。その後、素子領
域に、例えばゲート酸化膜103を例えば熱酸化法によ
って10nm程度形成する。このゲート酸化膜103上
に多結晶Siを300nm程度堆積して、写真蝕刻法を
用いて所定形状に形成し、通常のMOSFETのゲート
電極104を得る。
【0004】次に、このゲート電極104をマスクにし
て、例えばAsを35KeVの加速電圧で5×1015
cm2 程度イオン注入して、通常のMOSFETのソー
ス及びドレインとなるべき拡散層105を形成する。
【0005】次に、同図(b)に示すように、TFTの
ゲート酸化膜106を、例えば熱酸化法によって20n
m程度形成する。その後、TFTのチャネル及びソー
ス、ドレインとなるべき多結晶Si107(以下、TF
Tpolyと称する)を例えば化学気相成長法を用いて
50nm程度堆積し、同図(c)に示すように、写真蝕
刻法を用いて所定形状の多結晶Si108を形成する。
【0006】その後、この多結晶Si108のソース、
ドレインとなるべき領域に、写真蝕刻法を用いて選択的
に不純物を例えばイオン注入を用いて不純物領域を形成
する(図中には示していない)。その後、所定のメタラ
イゼーション工程等を経て半導体装置を完成する。
【0007】次に、図5の構造とは異なり、TFTのゲ
ートとチャネル領域を各々専用に形成した構造につい
て、以下、図6を参照して製造方法的に説明する。
【0008】先ず、同図(a)に示すように、例えばp
型のSi基板201上の所定の領域に、選択酸化法等を
用いて素子分離領域202を形成する。その後、素子領
域に、例えば熱酸化膜203を10nm程度形成し、こ
の熱酸化膜203上に多結晶Siを300nm程度堆積
して、写真蝕刻法を用いて所定形状に形成し、通常のM
OSFETのゲート電極204を得る。更に、このゲー
ト電極204をマスクにして、例えばAsを35KeV
の加速電圧で5×1015/cm2 程度イオン注入し、通
常のMOSFETのソース及びドレインとなるべき拡散
層205を形成する。
【0009】次に、同図(b)に示すように、SiO2
を例えば化学気相成長法を用いて300nm程度堆積し
て、層間絶縁膜206を形成する。次いで、この層間絶
縁膜206上に多結晶Siをやはり化学気相成長法を用
いて例えば100nm程度堆積した後、写真蝕刻法を用
いて所定形状に形成してTFTのゲート電極207を得
る。
【0010】次に、同図(c)に示すように、SiO2
を例えば熱酸化法によって20nm程度堆積して、ゲー
ト酸化膜208を形成する。その後、TFTのチャネル
及びソース、ドレインとなるべき多結晶Si(TFTp
oly)209を例えば化学気相成長法を用いて50n
m程度堆積する。
【0011】次に、同図(d)に示すように写真蝕刻法
を用いて所定形状の多結晶Si210を形成する。その
後、この多結晶Si210のソース、ドレインとなるべ
き領域に、写真蝕刻法を用いて選択的に不純物を例えば
イオン注入法を用いて不純物領域を形成する(図中には
示していない)。その後、所定のメタライゼーション工
程などを経て半導体装置を完成する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上記の図5で述べた方
法により形成したTFT構造においては、同図(c)に
示す領域109でTFTpoly108と、Si基板1
01上に形成されたMOSFETのゲート電極104と
の距離が1μm以下になってくると、本来はTFTのゲ
ート電極とMOSFETのドレインを兼ねる拡散層10
5で制御されるべきTFTpoly108が、Si基板
101上に形成されたMOSFETのゲート電極104
の影響を受けるようになり、本来期待される回路動作が
出来なくなってしまうという問題点がある。
【0013】一方、この距離を1μm以上にすること
は、微細化が要求されるデバイスにおいては、大きな問
題となり、例えばTFTを用いた微細なSRAMセルな
どの設計は、このままでは不可能となる。
【0014】次に、図6で述べた方法により形成したT
FT構造においては、同図(d)から明らかなように、
図5(c)で問題となった領域109は、TFTのゲー
ト電極207で完全にシールドされてしまうために、図
5の場合に述べたような問題点は生じない。
【0015】しかし、この構造のTFTでは、TFTの
ゲート電極207を専用に設ける必要があるために、工
程が複雑になること、又、それに伴って段差形状が厳し
くなることにより、更に上層に形成される配線層の加工
と信頼性が厳しくなるという問題点がある。
【0016】この発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、なるべく簡便なプロセスでTFTを制御性よく動作
させることが出来る半導体装置を提供することを目的と
する。
【0017】
【課題を解決するための手段】この発明は、半導体基板
上に形成された電極もしくは配線と、この電極もしくは
配線の側壁又は側壁と上面に絶縁膜を介して形成された
導電体層とを少なくとも備え、上記導電体層に固定電位
又は上記電極もしくは配線の電位とは異なる可変電位を
印加して、望ましくない寄生動作を回避するようにした
半導体装置である。
【0018】即ち、簡便なプロセスでTFTを制御性よ
く動作させる構造を達成するに当たって、以下のような
方法を用いる。
【0019】先ず、従来の工程に従って半導体基板上の
素子領域にMOSFETのゲート電極を形成し、これを
マスクとして拡散層の形成を行なう。その後、熱酸化な
どを行なって全面に酸化膜を形成する。更に、この酸化
膜上に導電体層を形成し、異方性のエッチングを行なっ
て、MOSFETのゲート電極の側壁にだけ導電体層を
残す。その後、この導電体層上に酸化膜を形成して、導
電体層と既存の導電膜を接続するコンタクト・ホールを
開孔する。
【0020】次に、このコンタクト・ホールに選択的に
金属を埋め込んだ後、コンタクト・ホールを開孔するた
めに形成した酸化膜を除去する。その後、改めてTFT
のゲート酸化膜を熱酸化などによって形成して、その上
にTFTのチャネル、及びソース、ドレインになるべき
膜を堆積して所定形状に形成する。その後の工程は従来
と同じであり、TFTのソース、ドレインとなるべき領
域に、不純物領域を例えばイオン注入法を用いて形成す
る。その後、所定のメタライゼーション工程などを経て
半導体装置を完成する。
【0021】このような構造では、MOSFETのゲー
ト電極の側壁に残った導電体層は、TFTのゲート電極
となる拡散層と同電位になるので、これを用いてTFT
polyとMOSFETのゲート電極との間をシールド
することが出来る。
【0022】上述した側壁の導電体層をTFTのゲート
電極と同電位にする方法は、コンタクト・ホールなどを
介して行なうことも出来るが、以下のような方法も考え
られる。
【0023】先に述べた工程に従って、MOSFETの
ゲート電極を形成し、拡散層の形成を行ない、更に熱酸
化を行なって全面に酸化膜を形成した後に、異方性のエ
ッチングを行なって、MOSFETのゲート電極の側壁
にだけ酸化膜を残す。次いで、この酸化膜上に導電体層
を形成し、更に異方性のエッチングを行なってMOSF
ETのゲート電極の側壁にある酸化膜の側壁にだけ導電
体層を残す。
【0024】その後の工程は、先に述べたものと同様で
ある。このようにすれば、導電体層はTFTのゲート電
極となる拡散層と接続されるため、TFTpolyとM
OSFETのゲート電極との間をシールドすることが出
来る。
【0025】又、TFTがPMOSTFTであって、且
つ半導体基板上に形成されたNMOSFETと直列に結
合されてインバータを形成し、このインバータが2つで
フリップ・フロップが構成されているSRAMセルで
は、スタンバイ電流を低く保つ要求から、NMOSFE
Tのドレインをゲート電極とするPMOSTFTが、N
MOSFETのゲート電極の電位の影響でOFFすべき
状態時にONすることを避けたい。
【0026】これを実現するためには、上述の如く導電
体層でNMOSFETのゲート電極に側壁を形成し、こ
の導電体層の側壁をTFTのゲート電極となる拡散層と
接続する方法が考えられるが、より簡便な方法として以
下のような方法が考えられる。
【0027】即ち、NMOSFETを形成した後、NM
OSFETのソース・ドレイン・ゲートを熱酸化膜で覆
った後、この熱酸化膜上に導電体層を形成し、異方性の
エッチングを行なって、NMOSFETのゲート電極の
側壁にある酸化膜の側壁にだけ導電体層を残し、この導
電体層を何セルかおきにそれらのセルの動作電圧に固定
されている配線とコンタクトを取る。
【0028】このようにすれば、NMOSFETのゲー
ト電極が接地電位になり、従ってTFTのゲート電極と
なるNMOSFETのドレイン領域の電位がセルの動作
電圧になってPMOSTFTをOFFさせようとした
時、NMOSFETのゲート電極の電位の影響で誤って
ONしてしまうことがなくなる。
【0029】このことは、側壁の導電体層の上に薄い絶
縁膜を形成しておけば、たとえリソグラフィー工程のフ
ォトマスクの合わせずれでTFTpolyの一部が側壁
の導電体層の上に乗り上げても、本来のTFTのゲート
電極の上にあるTFTpolyの部分が十分にあれば、
目的が達成される。というのは、側壁の導電体層の上に
乗り上げた部分のTFTpolyは常にOFFしてお
り、スタンバイ電流に与える影響はなく、本来のTFT
のゲート電極の上にあるTFTpolyの部分が、本来
TFTに期待されるON/OFF特性を持ち、スタンバ
イ電流を低くしつつセルの安定性を増大させる。
【0030】
【作用】この発明によれば、電極もしくは配線に隣接す
る回路素子が、電極もしくは配線の電位によって望まし
くない寄生動作をすることが回避され、信頼性の高い動
作が行なわれる。
【0031】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の一実施例
を詳細に説明する。
【0032】この発明の半導体装置は図1(a)〜
(d)に示すように構成され、製造方法的に述べること
にする。
【0033】先ず、同図(a)に示すように、例えばP
型の半導体基板301上に、選択酸化法を用いて素子分
離領域302を形成する。その後、半導体基板301上
に熱酸化法を用いてSiO2 を10nm程度堆積して、
MOSFETのゲート酸化膜303を形成する。更に、
このゲート酸化膜303上に、例えば化学気相成長法に
よって多結晶Siを300nm程度堆積し、これに対し
抵抗を低減する目的で、加速電圧が35KeVで5×1
15/cm2 程度のAsのイオン注入を行なって不純物
を導入した後、写真蝕刻法と異方性エッチングを用いて
多結晶Siを所定形状に形成し、MOSFETのゲート
電極304を得る。
【0034】その後、このゲート電極304をマスクと
して、例えば加速電圧が35KeVで5×1015/cm
2 程度のAsのイオン注入を行なって、MOSFETの
ソース、ドレイン、及びゲート電極となるべき拡散層3
05を形成する。そして、この構造に対して、熱酸化法
を用いて30nm程度のSiO2 306を形成する。
【0035】次に、同図(b)に示すように、SiO2
306上に例えば化学気相成長法によって多結晶Si3
07を300nm程度堆積し、これに対し抵抗を低減す
る目的で、例えば加速電圧が35KeVで5×1015
cm2 程度のAsのイオン注入を行なって不純物を導入
する。この多結晶Si307を異方性エッチングによっ
てエッチングすることで、同図(c)に示すように、ゲ
ート電極304の側壁にのみ多結晶Si308を残す。
【0036】その後、化学気相成長法或いは熱酸化法を
用いて、多結晶Siを30nm程度堆積して酸化膜30
9を形成し、写真蝕刻法と異方性エッチングを用いて多
結晶Si308とTFTのゲート電極となる拡散層30
5を接続するためのコンタクト・ホール310を所定形
状に形成する。その後、例えばWF6を用いたタングス
テンの化学気相成長法によって、そのコンタクト・ホー
ル310へ選択的にタングステンを堆積して導電体層3
11を形成する。
【0037】その後、酸化膜309をHFやNH4 Fを
用いて除去し、同図(d)に示すように、熱酸化法を用
いてSiO2 を30nm程度堆積し、TFTのゲート酸
化膜312を形成する。更にその後、TFTのチャネル
及びソース、ドレイン領域となるべき多結晶Si313
を、例えば化学気相成長法を用いて30nm程度堆積
し、写真蝕刻法と異方性エッチングを用いて所定形状に
形成する。
【0038】その後、TFTのソース、ドレインを形成
するために、多結晶Si313に写真蝕刻法を用いて選
択的に不純物を例えばイオン注入法を用いて形成する。
その後、所定のメタライゼーション工程などを経て半導
体装置を完成する。
【0039】さて、このような半導体装置のデバイス動
作時には、ゲート電極をTFTに対してシールドする方
向の電位に導電体層311を固定する。詳しくは上記の
(課題を解決するための手段)の項で述べた通りであ
る。
【0040】(変形例)図2(a)〜(d)はこの発明
の変形例を示したもので、上記実施例と同様効果が得ら
れる。
【0041】即ち、先ず同図(a)に示すように、例え
ばP型の半導体基板401上に、選択酸化法を用いて素
子分離領域402を形成する。その後、半導体基板40
1上に熱酸化法を用いてSiO2 を10nm程度堆積し
て、MOSFETのゲート酸化膜403を形成する。更
に、このゲート酸化膜403上に、例えば化学気相成長
法によって多結晶Siを300nm程度堆積し、これに
対し抵抗を低減する目的で、加速電圧が35KeVで5
×1015/cm2 程度のAsのイオン注入を行なって不
純物を導入した後、写真蝕刻法と異方性エッチングを用
いて多結晶Siを所定形状に形成し、MOSFETのゲ
ート電極404を得る。
【0042】その後、このゲート電極404をマスクと
して、例えば加速電圧が35KeVで5×1015/cm
2 程度のAsのイオン注入を行なって、MOSFETの
ソース、ドレイン、及びゲート電極となるべき拡散層4
05を形成する。そして、この構造に対して、熱酸化法
を用いて30nm程度のSiO2 406を形成する。
【0043】その後、このSiO2 406に対して異方
性エッチングを行ない、同図(b)に示すように、MO
SFETのゲート電極404の側壁にのみ多結晶Siを
残して酸化膜407を形成する。
【0044】更にその後、例えば化学気相成長法によっ
て多結晶Si408を100nm程度堆積し、これに対
し抵抗を低減する目的で、例えば加速電圧が35KeV
で5×1015/cm2 程度のAsのイオン注入を行なっ
て不純物を導入する。この後、多結晶Si408を異方
性エッチングによってエッチングすることで、同図
(c)に示すように、MOSFETのゲート電極404
の側壁にある酸化膜407の側壁にのみ多結晶Si40
9を残す。
【0045】その後、熱酸化法を用いてSiO2 を30
nm程度堆積してTFTのゲート酸化膜410を形成す
る。更にその後、TFTのチャネル及びソース、ドレイ
ン領域となるべき多結晶Si411を、例えば化学気相
成長法を用いて30nm程度堆積し、同図(d)に示す
ように、写真蝕刻法と異方性エッチングを用いて所定形
状の多結晶Si412を形成する。
【0046】その後、TFTのソース、ドレインを形成
するために、多結晶Si412に写真蝕刻法を用いて選
択的に不純物を例えばイオン注入法を用いて形成する。
その後、所定のメタライゼーション工程などを経て半導
体装置を完成する。
【0047】次に、MOSFETのゲート電極の側壁に
設けた導電体層をTFTがOFFするような或る電圧に
固定することにより、目的を達成させる方法について図
3(a)〜(c)を参照して述べる。
【0048】熱酸化膜であるSiO2 506を形成する
ところまでは上述の工程と同じであり、第3図(a)に
示すような構造を形成する。図中の501はP型の半導
体基板、502は素子分離領域、503はゲート酸化
膜、504はゲート電極、505は拡散層である。
【0049】更にその後、例えば化学気相成長法によっ
て多結晶Siを100nm程度堆積し、これに対し抵抗
を低減する目的で、例えば加速電圧が35KeVで5×
1015/cm2 程度のAsのイオン注入を行なって不純
物を導入する。
【0050】この後、多結晶Siを異方性エッチングに
よってエッチングすることで、同図(b)に示すよう
に、MOSFETのゲート電極504の側壁に導電体層
507を形成する。その後、同図(c)に示すように、
温度900℃の熱酸化法を用いてSiO2 508を導電
体層507上に30nm程度堆積する。その後、TFT
のチャネル及びソース、ドレイン領域となるべき多結晶
Si509を、例えば化学気相成長法を用いて30nm
程度堆積し、写真蝕刻法と異方性エッチングを用いて所
定形状に形成する。
【0051】その後、TFTのソース、ドレインを形成
するため、この多結晶Si509に写真蝕刻法を用いて
選択的に不純物を例えばイオン注入法を用いて形成す
る。その後、所定のメタライゼーション工程などを経て
半導体装置を完成する。
【0052】特に、このメタライゼーション工程におい
て、導電体層507は、その電位が所望の電位に固定さ
れるように配線される。この方式において、TFTpo
lyとMOSFETのゲート電極との間隔に比べてリソ
グラフィー工程の合わせずれが大きい場合、TFTpo
lyがMOSFETのゲート電極の上に乗り上げる場合
があり、MOSFETのゲート電極の側壁のみならず上
面にも導電体層を設ける必要がある。
【0053】この場合は、図3の(a)から(b)に移
る工程、即ち、多結晶Siを異方性エッチングによって
エッチングするに際して、レジストをMOSFETのゲ
ート電極を囲むように残しておけば、図4に示すように
MOSFETのゲート電極504の上にも導電体層50
7が残る。このようにすれば、リソグラフィー工程が1
回増大するもののシールドは完璧になる。
【0054】尚、これらの変形例においては、MOSF
ETのゲート電極の側壁に形成する膜の材料として多結
晶Siを用いているが、これに限る必要はなく、導電性
の膜であれば、他の材料を用いても構わない。
【0055】又、これらの変形例においては、基板上に
形成するMOSFETのゲート電極の電位の影響をシー
ルドする方法について述べたが、このような方法は通常
の配線層の電位の影響をシールドする場合についても適
用出来ることは自明である。
【0056】更に、これらの変形例においては、TFT
の正常動作を確保するため、それに隣接する導電層の電
位の影響をシールドする場合について述べているが、通
常の配線層がそれに隣接する他の配線層の電位の影響を
受けないようにするため、後者の配線層の電位をシール
ドする場合についても応用出来ることは明らかである。
【0057】尚、この発明は、半導体基板上に形成され
る電極がSRAMセルにおけるNMOSFETで構成さ
れるドライバー・トランジスタのゲート電極であり、こ
れに隣接する回路素子がPMOSTFTであり、導電体
層の電位がSRAMセルの動作電圧に固定されている場
合、或いは導電体層の電位がドライバー・トランジスタ
のドレイン電圧と同様に変化するように構成されている
場合にも、適用出来る。
【0058】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
半導体基板上のMOSFETのゲート電極の側壁に形成
した導電体層が、TFTのゲート電極である拡散層と同
電位に保たれるため、従来例(図5)における領域10
9の距離が短くなった場合でも、TFTのチャネルが半
導体基板上のMOSFETのゲート電極の電位に影響を
受けることがなく、信頼性の高いTFT動作が出来る。
【0059】又、この問題を回避するために、従来例
(図6)で示したようなTFTのゲート電極に当る膜を
専用に形成する方法に比べて、膜を一層減らすことが出
来、構造が単純になるために工程数が減り、又、それに
伴って段差形状が緩和されて、更に上層に形成される配
線層の加工が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)はこの発明の一実施例に係る半
導体装置を製造方法的に示す断面図。
【図2】(a)〜(d)はこの発明の変形例に係る半導
体装置を製造方法的に示す断面図。
【図3】(a)〜(c)はこの発明の他の変形例に係る
半導体装置を製造方法的に示す断面図。
【図4】この発明の他の変形例に係る半導体装置を製造
方法的に示す断面図。
【図5】(a)〜(c)は従来の半導体装置を製造方法
的に示す断面図。
【図6】(a)〜(d)は他の従来の半導体装置を製造
方法的に示す断面図。
【符号の説明】
301…半導体基板、302…素子分離領域、303…
SiO2 、304…ゲート電極、305…拡散層、30
6…SiO2 、307、308…多結晶Si、309…
酸化膜、310…コンタクト・ホール、311…導電体
層。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成された電界効果型ト
    ランジスタのゲート電極と、上記ゲート電極に隣接した
    TFTと、上記ゲート電極の側壁又は側壁と上面に絶縁
    膜を介して形成されこのゲート電極と上記TFTとの間
    をシールドする方向の固定電位又はこのゲート電極に隣
    接して設けられる上記電界効果型トランジスタの拡散層
    の電位が印加される導電体層とを具備することを特徴と
    する半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板上に形成され、SRAMセル
    におけるNMOSFETで構成されたドライバー・トラ
    ンジスタのゲート電極と、上記ゲート電極に隣接したP
    MOSTFTと、上記ゲート電極の側壁又は側壁と上面
    に絶縁膜を介して形成され固定電位又はこのゲート電極
    の電位とは異なる可変電位が印加される導電体層とを具
    備することを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 上記導電体層の電位が上記SRAMセル
    の動作電圧に固定されていることを特徴とする請求項2
    に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 上記導電体層の電位が、該導電体層が側
    壁として絶縁膜を介してゲート電極に接しているドライ
    バー・トランジスタのドレイン電圧と同様に変化するよ
    うに構成されていることを特徴とする請求項2に記載の
    半導体装置。
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