JP3779734B2 - Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP3779734B2
JP3779734B2 JP17957593A JP17957593A JP3779734B2 JP 3779734 B2 JP3779734 B2 JP 3779734B2 JP 17957593 A JP17957593 A JP 17957593A JP 17957593 A JP17957593 A JP 17957593A JP 3779734 B2 JP3779734 B2 JP 3779734B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
misfet
film
load
conductive film
gate electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP17957593A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06302785A (en
Inventor
修二 池田
和夫 吉崎
宏一 今任
康司 山▲ざき▼
総一郎 橋場
圭一 吉住
安子 吉田
幸祐 奥山
和司 福田
ちえみ 森
純一 高野
貢 大島
俊明 山中
一石 富田
剛 田畑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Technology Corp
Original Assignee
Renesas Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Technology Corp filed Critical Renesas Technology Corp
Priority to JP17957593A priority Critical patent/JP3779734B2/en
Priority to US08/190,596 priority patent/US5508540A/en
Priority to KR1019940002010A priority patent/KR100306443B1/en
Publication of JPH06302785A publication Critical patent/JPH06302785A/en
Priority to US08/592,235 priority patent/US5880497A/en
Priority to KR1020000070872A priority patent/KR100355118B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3779734B2 publication Critical patent/JP3779734B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体集積回路装置およびその製造技術に関し、特に、SRAM(Static Random Access Memory) を有する半導体集積回路装置に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体記憶装置としてのSRAMは、相補性データ線とワード線との交差部にフリップフロップ回路と2個の転送用MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) とで構成されたメモリセルを備えている。
【0003】
メモリセルの転送用MISFETは、ソース領域、ドレイン領域の一方がフリップフロップ回路の入出力端子に接続され、他方が相補性データ線に接続される。また、転送用MISFETのゲート電極にはワード線が接続され、このワード線により転送用MISFETの導通、非導通が制御される。
【0004】
メモリセルのフリップフロップ回路は情報蓄積部として構成され、2個の駆動用MISFETと2個の負荷用抵抗素子とで構成される。一方の駆動用MISFETのドレイン領域には一方の転送用MISFETのソース領域乃至ドレイン領域の一方が接続され、ソース領域には基準電圧線が接続される。また、この駆動用MISFETのゲート電極には他方の転送用MISFETのソース領域乃至ドレイン領域の一方が接続される。
【0005】
負荷用抵抗素子の一端側には転送用MISFETのソース領域乃至ドレイン領域の一方が接続され、他端側には電源電圧線が接続される。負荷用抵抗素子は、メモリセルの占有面積を縮小し、集積度を向上させるために、駆動用MISFETの上部に積層される。
【0006】
特開平3−234055号公報および特願平5−4502号には、上記のようなSRAMの高集積化に最適な技術が記載されている。
【0007】
上記特開平3−234055号公報記載のSRAMは、半導体基板の主面上に形成した第1導電膜で駆動用MISFETのゲート電極を構成し、同じく半導体基板の主面上に形成した第2導電膜で転送用MISFETのゲート電極と、このゲート電極に接続されるワード線と、駆動用MISFETのソース領域に接続される基準電圧線とを構成している。また、上記第1および第2導電膜の上層に形成した第3導電膜で負荷用MISFETのゲート電極を構成し、上記第3導電膜の上層に形成した第4導電膜で負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域と、この負荷用MISFETのソース領域に接続される電源電圧線とを構成している。
【0008】
すなわち、上記公報記載のSRAMは、スタンバイ電流を低減するために、メモリセルのフリップフロップ回路を2個の駆動用MISFETと2個の負荷用MISFETとで構成した、いわゆる完全CMOS構造を採用している。
【0009】
また、このSRAMは、メモリセルのα線ソフトエラー対策として、駆動用MISFETのゲート電極(第1導電膜)を第1電極とし、このゲート電極上に形成した絶縁膜を誘電体膜とし、この誘電体膜上に形成した負荷用MISFETのゲート電極(第3導電膜)を第2電極とする容量素子を備えている。
【0010】
また、公知とされた技術ではないが、上記特願平5−4502号記載のSRAMは、半導体基板の主面上に形成した第1導電膜で駆動用MISFETのゲート電極を構成し、同じく半導体基板の主面上に形成した第2導電膜で転送用MISFETのゲート電極と、このゲート電極に接続されるワード線とを構成し、上記第1および第2導電膜の上層に形成した第3導電膜で基準電圧線を構成し、上記第3導電膜の上層に形成した第4導電膜で負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を構成し、上記第4導電膜の上層に形成した第5導電膜で負荷用MISFETのゲート電極を構成し、上記第5導電膜の上層に形成した第6導電膜で電源電圧線を構成し、この電源電圧線を負荷用MISFETと重なるように配置することにより、電源電圧線と負荷用MISFETとの間で容量素子を構成している。
【0011】
すなわち、このSRAMは、スタンバイ電流を低減した完全CMOS構造を採用すると共に、負荷用MISFETとその上層に形成した大面積の電源電圧線との間で大容量の容量素子を構成することにより、メモリセルのα線ソフトエラー耐性を大幅に向上させている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
メモリセルの駆動用MISFETのゲート電極と負荷用MISFETのゲート電極との間で容量素子を構成する前記特開平3−234055号公報記載のSRAMは、大容量の容量素子を形成することが困難であるため、メモリセルの微細化に伴ってα線ソフトエラー耐性の確保が困難になるという問題がある。
【0013】
また、前記特願平5−4502号記載のSRAMは、メモリセルの負荷用MISFETとその上層を覆う大面積の電源電圧線との間で容量素子を構成しているため、このSRAMを形成した半導体チップに外部から電源ノイズが入った場合、この電源ノイズが電源電圧線を通じてメモリセルに直接影響を及ぼし、メモリセルの動作信頼性を低下させる虞れがある。
【0014】
本発明の目的は、SRAMのメモリセルのα線ソフトエラー耐性を向上させることのできる技術を提供することにある。
【0015】
本発明の他の目的は、SRAMの回路動作の信頼性を向上させることのできる技術を提供することにある。
【0016】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、下記の通りである。
【0018】
(1).ワード線で制御される転送用MISFETと、駆動用MISFETおよび負荷用MISFETからなるフリップフロップ回路とでメモリセルを構成したSRAMにおいて、半導体基板の主面上に形成した第1導電膜で前記駆動用MISFETのゲート電極を構成し、前記半導体基板の主面上に形成した第2導電膜で前記転送用MISFETのゲート電極を構成し、前記第1および第2導電膜の上層に形成した第3導電膜で前記負荷用MISFETのゲート電極を構成し、前記第3導電膜の上層に形成した第4導電膜で前記負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を構成し、前記第4導電膜の上層に形成した第5導電膜でメモリセルアレイを覆うプレート電極を構成し、前記負荷用MISFETと前記プレート電極との間で容量素子を構成すると共に、少なくとも前記負荷用MISFETのドレイン領域側のチャネル領域上の前記プレート電極に開孔を設ける。
【0019】
(2).前記(1) のSRAMにおいて、前記プレート電極には、メモリセルアレイの外部から電源電圧を供給する。
【0020】
(3).前記(1) のSRAMにおいて、前記容量素子の誘電体膜の少なくとも一部を窒化シリコン膜で構成する。
【0021】
(4).前記(3) のSRAMの製造方法において、前記プレート電極に前記開孔を形成した後、前記開孔の底部の前記窒化シリコン膜を除去し、その後、水素化アニール処理を行い、前記開孔を通じて前記負荷用MISFETを構成する導電膜に水素を供給する。
【0022】
(5).前記(4) のSRAMの製造方法において、前記開孔の底部の前記窒化シリコン膜を除去する際、周辺回路を形成する領域の前記窒化シリコン膜を同時に除去する。
【0023】
(6).前記(1) のSRAMの製造方法において、前記負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を構成する導電膜をエッチングした後、前記導電膜の下層の絶縁膜をエッチングして前記負荷用MISFETのゲート電極の一部を露出させ、次いで、前記導電膜上に前記容量素子の誘電体膜を形成する。
【0024】
【作用】
上記した手段(1) によれば、負荷用MISFETとその上部を覆う大面積のプレート電極との間で容量素子を構成することにより、大容量の容量素子を形成することができるので、メモリセルのα線ソフトエラー耐性を向上させることができる。
【0025】
また、負荷用MISFETのドレイン領域側のチャネル領域上の上記プレート電極に開孔を設け、オフセット構造を有するチャネル領域とプレート電極とを離間させることにより、プレート電極から負荷用MISFETのオフセット領域に強電界が加わるのを回避することができるので、この強電界によるソース領域−ドレイン領域間でのリーク電流の発生を防ぎ、負荷用MISFETのオフ電流を低減してメモリセルの安定動作を確保することができる。
【0026】
上記した手段(2) によれば、プレート電極への電源電圧の供給をメモリセルアレイの外部から行うことにより、このSRAMを形成した半導体チップに外部から電源ノイズが入った際、この電源ノイズのメモリセルへの直接的影響を回避することができるので、メモリセルの安定動作を確保することができる。
【0027】
上記した手段(3) によれば、容量素子の誘電体膜の少なくとも一部を酸化シリコン膜よりも耐圧の高い窒化シリコン膜で構成することにより、酸化シリコン膜単層で構成した場合に比べて誘電体膜の薄膜化が可能となり、容量素子の容量を増大させることができる。
【0028】
また、酸化シリコン膜よりも耐水性の高い窒化シリコン膜で負荷用MISFETの上層を覆うことにより、チップ表面から浸入する水分による負荷用MISFETの特性変動を抑制することができる。
【0029】
上記した手段(4) によれば、プレート電極に設けた開孔を通じて負荷用MISFETを構成する導電膜(多結晶シリコン膜)の結晶粒界表面に存在する未結合手(ダングリングボンド)に水素原子を供給することにより、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 の相互コンダクタンス(Gm)を向上させることができる。
【0030】
上記した手段(5) によれば、周辺回路の上層に水素が通過し難い窒化シリコン膜を形成することによる周辺回路(を構成するMISFET)のしきい値電圧の変動を抑制することができるので、SRAMの安定動作を確保することができる。
【0031】
上記した手段(6) によれば、負荷用MISFETのゲート電極上の絶縁膜を一端除去してから誘電体を形成することにより、負荷用MISFETとプレート電極との間に形成される誘電体膜を薄膜化することができるので、容量素子の容量を増大させることができる。
【0032】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を詳述する。なお、実施例を説明するための全図において同一の機能を有するものは同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0033】
(実施例1)
本発明の一実施例であるSRAMは、特に限定はされないが、例えば4メガビット〔Mbit〕乃至16メガビット〔Mbit〕の大容量を有している。このSRAMのメモリセルMCの等価回路図を図9に示す。
【0034】
図9に示すように、メモリセルMCは、ワード線WL(第1ワード線WL1 および第2ワード線WL2)と相補性データ線DL(第1データ線DL1 および第2データ線DL2)との交差部に配置され、フリップフロップ回路と2個の転送用MISFETQt1 ,Qt2 とで構成されている。フリップフロップ回路は、情報蓄積部として構成され、1ビットの情報(“1”または“0”)を記憶する。
【0035】
上記メモリセルMCの2個の転送用MISFETQt1 ,Qt2 は、nチャネル型で構成され、フリップフロップ回路の一対の入出力端子にそれぞれのソース領域乃至ドレイン領域の一方が接続されている。転送用MISFETQt1 のソース領域乃至ドレイン領域の一方は、第1データ線DL1 に接続され、そのゲート電極は第1ワード線WL1 に接続されている。転送用MISFETQt2 のソース領域乃至ドレイン領域の一方は、第2データ線DL2 に接続され、そのゲート電極は第2ワード線WL2 に接続されている。
【0036】
上記フリップフロップ回路は、nチャネル型で構成された2個の駆動用MIS13TQd1 ,Qd2 およびpチャネル型で構成された2個の負荷用MISFETQp1 ,Qp2 で構成されている。すなわち、本実施例のSRAMのメモリセルMCは、完全CMOS構造で構成されている。
【0037】
上記駆動用MISFETQd1 および負荷用MISFETQp1 は、互いのドレイン領域(フリップフロップ回路の一方の入出力端子)が接続され、かつ互いのゲート電極が接続されてCMOSインバータを構成している。同様に、駆動用MISFETQd2 および負荷用MISFETQp2 は、互いのドレイン領域(フリップフロップ回路の他方の入出力端子)が接続され、かつ互いのゲート電極が接続されてCMOSインバータを構成している。
【0038】
上記駆動用MISFETQd1 および負荷用MISFETQp1 のそれぞれのドレイン領域は、転送用MISFETQt1 のソース領域乃至ドレイン領域の他方に接続され、かつ駆動用MISFETQd2 および負荷用MISFETQp2 のそれぞれのゲート電極に接続されている。同様に、駆動用MISFETQd2 および負荷用MISFETQp2 のそれぞれのドレイン領域は、転送用MISFETQt2 のソース領域乃至ドレイン領域の他方に接続され、かつ駆動用MISFETQd1 および負荷用MISFETQp1 のそれぞれのゲート電極に接続されている。
【0039】
上記駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のそれぞれのソース領域は、基準電圧(VSS) に接続され、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のそれぞれのソース領域は、電源電圧(VCC) に接続されている。基準電圧(VSS) は、例えば0V(GND電位)であり、電源電圧(VCC) は、例えば5Vである。
【0040】
上記負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のそれぞれのゲート電極と第2の電源電圧(VCC1)との間には、容量素子C1 ,C2 が構成されている。この容量素子C1 ,C2 は、メモリセルMCのα線ソフトエラー耐性の向上を目的とするもので、その構成については後に詳述する。
【0041】
次に、上記SRAMのメモリセルMCの具体的な構成について、図1〜図8を用いて説明する。
【0042】
図1に示すように、n- 型シリコン単結晶からなる半導体基板(半導体チップ)1の主面には、p- 型ウエル2が形成され、このp- 型ウエル2の非活性領域の主面には、酸化シリコン膜からなる素子分離用のフィールド絶縁膜4が形成されている。フィールド絶縁膜4の下には、反転防止用のp型チャネルストッパ領域5が形成されている。
【0043】
メモリセルMCを構成する駆動用MISFETQd1 ,Qd2 、転送用MISFETQt1 ,Qt2 および負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のうち、駆動用MISFETQd1 ,Qd2 および転送用MISFETQt1 ,Qt2 のそれぞれは、前記フィールド絶縁膜4で囲まれたp- 型ウエル2の活性領域の主面に形成されている。
【0044】
上記駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のそれぞれは、ゲート絶縁膜6、ゲート電極7、ソース領域およびドレイン領域で構成されている。ゲート電極7は、第1層目のゲート材形成工程で形成され、例えば多結晶シリコン膜で形成されている。この多結晶シリコン膜には、その抵抗値を低減するためにn型の不純物(例えばP)が導入されている。
【0045】
上記駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のゲート電極7の上部には、絶縁膜8が形成されている。この絶縁膜8は、例えば酸化シリコン膜からなる。また、ゲート電極7のゲート長方向の側壁には、サイドウォールスペーサ9が形成されている。このサイドウォールスペーサ9は、例えば酸化シリコン膜からなる。
【0046】
上記駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のそれぞれのソース領域およびドレイン領域は、低不純物濃度のn型半導体領域10とその上部に設けられた高不純物濃度のn+ 型半導体領域11とで構成されている。すなわち、駆動用MISFETQd1 ,Qd2 は、それぞれのソース領域およびドレイン領域が、いわゆる2重拡散ドレイン(Double Diffused Drain) 構造で構成されている。
【0047】
半導体基板1の主面に形成された前記フィールド絶縁膜4および駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のゲート電極7のパターンレイアウトを図2に示す。図中、フィールド絶縁膜4で囲まれた2つのL字状の領域3,3がメモリセルMC1個分の活性領域である。
【0048】
図2に示すように、上記駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のそれぞれのゲート電極7の一端側は、少なくとも製造プロセスにおけるマスク合わせ余裕寸法に相当する分、フィールド絶縁膜4上に突出している。また、駆動用MISFETQd1 のゲート電極7(Qd1)の他端側は、フィールド絶縁膜4を介して駆動用MISFETQd2 のドレイン領域上まで突出し、駆動用MISFETQd2 のゲート電極7(Qd2)の他端側は、フィールド絶縁膜4を介して駆動用MISFETQd1 のドレイン領域7上まで突出している。
【0049】
図1に示すように、メモリセルMCの転送用MISFETQt1 ,Qt2 のそれぞれは、ゲート絶縁膜12、ゲート電極13A、ソース領域およびドレイン領域で構成されている。ゲート電極13Aは、第2層目のゲート材形成工程で形成され、例えば多結晶シリコン膜と高融点金属シリサイド膜との積層膜(ポリサイド膜)で構成されている。下層の多結晶シリコン膜には、その抵抗値を低減するためにn型の不純物(例えばP)が導入されている。上層の高融点金属シリサイド膜は、例えばWSiX 、MoSiX 、TiSiX 、TaSiX などで構成される。
【0050】
上記転送用MISFETQt1 ,Qt2 のゲート電極13Aの上部には、絶縁膜15および絶縁膜21が形成されている。この絶縁膜15および絶縁膜21は、例えば酸化シリコン膜からなる。また、ゲート電極13Aの側壁には、サイドウォールスペーサ16が形成されている。このサイドウォールスペーサ16は、例えば酸化シリコン膜からなる。
【0051】
上記転送用MISFETQt1 ,Qt2 のそれぞれのソース領域およびドレイン領域は、低不純物濃度のn型半導体領域17と高不純物濃度のn+ 型半導体領域18とで構成されている。すなわち、転送用MISFETQt1 ,Qd2 のソース領域およびドレイン領域は、LDD(Lightly Doped Drain) 構造で構成されている。
【0052】
半導体基板1の主面に形成された上記転送用MISFETQt1 ,Qt2 のゲート電極13Aのパターンレイアウトを図3に示す。同図に示すように、転送用MISFETQt1 ,Qt2 のゲート電極13Aは、そのゲート長(Lg)方向が駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のゲート電極7のゲート長(Lg)方向と交差するように配置されている。
【0053】
図1および図3に示すように、転送用MISFETQt1 のソース領域乃至ドレイン領域の一方は、駆動用MISFETQd1 のドレイン領域と一体に構成されている。同様に、転送用MISFETQt2 のソース領域乃至ドレイン領域の一方は、駆動用MISFETQd2 のドレイン領域と一体に構成されている。
【0054】
転送用MISFETQt1 のゲート電極13A(Qt1)には、第1ワード線WL1 が接続され、転送用MISFETQt2 のゲート電極13A(Qt2)には、第2ワード線WL2 が接続されている。転送用MISFETQt1 のゲート電極13Aは、第1ワード線WL1 と一体に構成され、転送用MISFETQt2 のゲート電極13Aは、第2ワード線WL2 と一体に構成されている。
【0055】
上記第1ワード線WL1 と第2ワード線WL2 との間には、2個の駆動用MISFETQd1 ,Qd2 に共通のソース線として構成された基準電圧線(VSS)13Bが配置されている。基準電圧線(VSS) 13Bは、転送用MISFETQt1 ,Qt2 のゲート電極13Aおよびワード線WL(第1ワード線WL1 、第2ワード線WL2)と同じ第2層目のゲート材形成工程で形成され、フィールド絶縁膜4上をワード線WLと同一方向に延在している。また、基準電圧線(VSS)13Bは、駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のゲート絶縁膜6と同一の絶縁膜に開孔されたコンタクトホール14を通じて、駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のそれぞれのソース領域(n+ 型半導体領域11)に接続されている。
【0056】
図1に示すように、メモリセルMCの2個の負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のうち、負荷用MISFETQp1 は、駆動用MISFETQd2 の領域上に配置され、負荷用MISFETQp2 は、駆動用MISFETQd1 の領域上に配置されている。負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のそれぞれは、ゲート電極23A、ゲート絶縁膜24、チャネル領域26N、ソース領域26Pおよびドレイン領域26Pで構成されている。
【0057】
上記負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート電極23Aは、第3層目のゲート材形成工程で形成され、例えば多結晶シリコン膜で形成されている。この多結晶シリコン膜には、その抵抗値を低減するためにn型の不純物(例えばP)が導入されている。負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート電極23Aのパターンレイアウトを図4に示す。
【0058】
図1および図4に示すように、上記負荷用MISFETQp1 のゲート電極23Aは、絶縁膜21、絶縁膜8および絶縁膜(転送用MISFETQt1 ,Qt2 のゲート絶縁膜12と同一層の絶縁膜)に開孔されたコンタクトホール22を通じて、駆動用MISFETQd1 のゲート電極7および転送用MISFETQt2 のソース領域乃至ドレイン領域の一方に接続されている。同様に、負荷用MISFETQp2 のゲート電極23Aは、絶縁膜21、絶縁膜8および絶縁膜(転送用MISFETQt1 ,Qt2 のゲート絶縁膜12と同一層の絶縁膜)に開孔したコンタクトホール22を通じて、駆動用MISFETQd2 のゲート電極7および転送用MISFETQt1 のソース領域乃至ドレイン領域の一方に接続されている。
【0059】
上記転送用MISFETQt1 ,Qt2 のソース領域乃至ドレイン領域の他方の上部には、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート電極23Aと同じ第3層目のゲート材形成工程で形成されたパッド層23Bが配置されている。このパッド層23Bは、絶縁膜21および絶縁膜(転送用MISFETQt1 ,Qt2 のゲート絶縁膜12と同一層の絶縁膜)に開孔されたコンタクトホール22を通じて、転送用MISFETQt1 ,Qt2 のソース領域乃至ドレイン領域の他方に接続されている。
【0060】
図1に示すように、上記負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート電極23Aの上部には、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート絶縁膜24が形成されている。このゲート絶縁膜24は、例えば酸化シリコン膜からなる。
【0061】
上記負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート絶縁膜24の上部には、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のチャネル領域26N、ソース領域26Pおよびドレイン領域26Pが形成されている。チャネル領域26Nは、第4層目のゲート材形成工程で形成され、例えば多結晶シリコン膜で構成されている。この多結晶シリコン膜には、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のしきい値電圧をエンハンスメント型にするために、n型の不純物(例えばP)が導入されている。負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のチャネル領域26N、ソース領域26Pおよびドレイン領域26Pのパターンレイアウトを図5に示す。
【0062】
図1および図5に示すように、上記負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のチャネル領域26Nの一端側にはドレイン領域26Pが形成され、他端側にはソース領域26Pが形成されている。ドレイン領域26Pおよびソース領域26Pは、チャネル領域26Nと同じ第4層目のゲート材(多結晶シリコン)形成工程で形成され、チャネル領域26Nと一体に構成されている。ドレイン領域26Pおよびソース領域26Pを構成する多結晶シリコン膜には、p型の不純物(例えばBF2)が導入されている。なお、チャネル領域26N、ドレイン領域26Pおよびソース領域26Pの配置を見やすくするため、図5には、チャネル領域26Nを除いたドレイン領域26Pおよびソース領域26Pに網掛けが施してある。このように、本実施例のメモリセルMCの負荷用MISFETQp1 ,Qp2 は、第3層目のゲート材形成工程で形成されたゲート電極23Aの上部に第4層目のゲート材形成工程で形成されたチャネル領域26N、ソース領域26Pおよびドレイン領域26Pを配置した、いわゆるボトムゲート構造で構成されている。
【0063】
上記負荷用MISFETQp1 ,Qp2 は、ゲート電極23Aに印加される電源電圧(VCC) のOFF状態において、ゲート電極23Aとその上部の基準電圧(Vss) の状態にあるドレイン領域26Pとの間に強電界が加わることによってソース領域26P−ドレイン領域26P間にリーク電流が発生する不具合を防止するために、チャネル領域26Nを介してドレイン領域26Pとゲート電極23Aとを互いに離隔させている。すなわち、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 は、ドレイン領域26Pとゲート電極23Aとが重なりを持たずに離隔された、いわゆるオフセット構造で構成されている。以下、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のチャネル領域26Nのうち、ゲート電極23Aから離隔された領域をオフセット領域26off という(図6の網掛けを施した領域)。
【0064】
上記負荷用MISFETQp1 のドレイン領域26Pは、ゲート絶縁膜24と同一層の絶縁膜に開孔されたコンタクトホール25を通じて、負荷用MISFETQp2 のゲート電極23Aに接続されている。同様に、負荷用MISFETQp2 のドレイン領域26Pは、ゲート絶縁膜24と同一層の絶縁膜に開孔されたコンタクトホール25を通じて、負荷用MISFETQp1 のゲート電極23Aに接続されている。
【0065】
上記負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のソース領域26Pには、電源電圧線(VCC) 26Pが接続されている。電源電圧線(VCC) 26Pは、チャネル領域26N、ドレイン領域26Pおよびソース領域26Pと同じ第4層目のゲート材(多結晶シリコン)形成工程で形成され、これらと一体に構成されている。
【0066】
図1に示すように、上記負荷用MISFETQp1 ,Qp2 の上部には、絶縁膜27が形成されている。この絶縁膜27は、例えば酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜からなり、後述する容量素子C1 ,C2 の誘電体膜を構成している。
【0067】
上記絶縁膜27の上部には、プレート電極28が形成されている。プレート電極28は、第5層目のゲート材形成工程で形成され、例えば多結晶シリコン膜で構成されている。この多結晶シリコン膜には、n型の不純物(例えばP)が導入されている。プレート電極28のパターンレイアウトを図6に示す。なお、同図は、図面を見易くするために、プレート電極28の下層の導電層のうち、第4層目のゲート材(負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のチャネル領域26N、ソース領域26P、ドレイン領域26Pおよび電源電圧線(VCC) 26Pと、第3層目のゲート材(負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート電極23Aおよびパッド層23B)のみを図示してある。
【0068】
図1および図6に示すように、上記プレート電極28は、メモリセルMCの全域を覆うように形成されている。このプレート電極28には、回路の電源電圧線(VCC) が印加されるが、本実施例では、後述する構成により電源電圧(VCC1)が印加される。
【0069】
前記図9に示すように、メモリセルMCには、2個の容量素子C1 ,C2 が設けられている。本実施例のSRAMの場合、この容量素子C1 ,C2 は、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート電極23Aと、プレート電極28との間に形成されている。すなわち、この容量素子C1 ,C2 は、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート電極23Aを第1電極とし、プレート電極28を第2電極とし、ゲート電極23Aとプレート電極28との間の絶縁膜27を誘電体膜とするスタック(積層)構造で構成されている。
【0070】
このように、本実施例のSRAMは、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 と、その上部を覆う大面積のプレート電極28との間で容量素子C1 ,C2 を構成しているので、容量素子C1 ,C2 を大容量化することができ、これにより、メモリセルMCのα線ソフトエラー耐性を大幅に向上させることができる。
【0071】
図1、図6および図7に示すように、上記プレート電極28の一部には、開孔29Aおよび開孔29Bが形成されている。開孔29Aは、プレート電極28が負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のオフセット領域26off を覆わないようにするため、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のドレイン領域26Pの上部に形成されている。他方、開孔29Bは、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート電極23Aと同じ第3層目のゲート材形成工程で形成された前記パッド層23Bの上部に形成されている。
【0072】
このように、本実施例のSRAMは、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のドレイン領域26Pの上部のプレート電極28に開孔29Aを形成し、オフセット領域26off とプレート電極28とをこの開孔29Aを介して離間したオフセット構造で構成されている。
【0073】
この構成により、ゲート電極23Aに電源電圧(VCC) が印加される負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のOFF状態において、プレート電極28とオフセット領域26off との間に強電界が加わるのを回避することができるので、この強電界によるソース領域26P−ドレイン領域26P間でのリーク電流の発生を防止することができる。これにより、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のOFF状態におけるソース−ドレイン間電流(OFF電流)を低減することができるので、ON電流/OFF電流比を向上させ、メモリセルMCの安定動作を確保することができる。
【0074】
なお、プレート電極28に形成された他方の開孔29Bは、プレート電極28の下層のパッド層23Bとプレート電極28の上層の相補性データ線DL(第1データ線DL1 および第2データ線DL2)とがプレート電極28と短絡することなく接続できるように設けられた開孔である。
【0075】
図8に示すように、上記プレート電極28は、多数のメモリセルMCで構成されたメモリセルアレイの全域を覆うように一体に構成されている。また、同図に示すように、プレート電極28は、その一端がメモリセルアレイの周辺部に沿って形成されたn型ウエルで構成されるガードリング30の上部まで延在され、このガードリング30上に開孔されたコンタクトホール29Cを通じてガードリング30から電源電圧(VCC) が供給される構成になっている。
【0076】
すなわち、本実施例のSRAMは、メモリセルMCの負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のソース領域26Pに接続された電源電圧線(VCC) 26Pからではなく、メモリセルアレイの外部からプレート電極28に電源電圧(VCC) を供給する構成になっている。この構成により、SRAMを形成した半導体チップ1に外部から電源ノイズが入った場合でも、この電源ノイズがプレート電極28を通じてメモリセルMCに直接影響を及ぼすのを回避できるので、メモリセルMCの安定動作を確保することができる。
【0077】
図1に示すように、上記プレート電極28の上層には、絶縁膜31および層間絶縁膜32を介して中間導電層33、サブワード線SWLおよびメインワード線MWLが形成されている。中間導電層33は、層間絶縁膜32、絶縁膜31および前記絶縁膜27に開孔したコンタクトホール34を通じて前記パッド層23Bに接続されている。
【0078】
上記中間導電層33、サブワード線SWLおよびメインワード線MWLのそれぞれは、第1層目の配線材形成工程で形成され、例えばタングステン(W)などの高融点金属膜で構成されている。絶縁膜31は、例えば酸化シリコン膜からなり、層間絶縁膜32は、例えばBPSG(Boron-doped Phospho Silicate Glass)膜からなる。
【0079】
図1に示すように、上記中間導電層33、サブワード線SWLおよびメインワード線MWLの上層には、第2層目の層間絶縁膜35を介して相補性データ線DL(第1データ線DL1 および第2データ線DL2)が配置されている。相補性データ線DLは、層間絶縁膜35に開孔されたコンタクトホール36を通じて中間導電層33に接続されている。
【0080】
上記相補性データ線DLは、第2層目の配線材形成工程で形成され、例えばバリアメタル膜、アルミニウム合金膜、バリアメタル膜を順次積層した3層金属膜からなる。バリアメタルは、例えばTiWで構成され、アルミニウム合金は、例えばCuおよびSiを添加したアルミニウムで構成されている。層間絶縁膜35は、例えば酸化シリコン膜、スピンオングラス(SOG:Spin On Glass)膜、酸化シリコン膜を順次積層した3層絶縁膜からなる。
【0081】
上記相補性データ線DLのうち、第1データ線DL1 は、転送用MISFETQt1 のソース領域乃至ドレイン領域の一方(n+ 型半導体領域18)に接続され、第2データ線DL2 は、転送用MISFETQt2 のソース領域乃至ドレイン領域の一方(n+ 型半導体領域18)に接続されている。相補性データ線DLと転送用MISFETQt1 ,Qt2 のn+ 型半導体領域18との接続は、前記中間導電層33およびパッド層23Bをそれぞれ介して行われる。
【0082】
上記相補性データ線DLの上層には、半導体チップ1の表面を保護するファイナルパッシベーション膜37が形成されている。このファイナルパッシベーション膜37は、例えば酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜からなる。
【0083】
次に、上記SRAMの具体的な製造方法の一例を、図10〜図18を用いて説明する。
【0084】
まず、10〔Ω/cm〕程度の比抵抗値を有するn- 形シリコン単結晶からなる半導体基板1を用意し、メモリセルアレイの形成領域および図示しない周辺回路の形成領域の一部にp- 型ウエル2を形成し、周辺回路の形成領域の他の一部にn型ウエルを形成する。p- 型ウエル2は、半導体基板1の主面にイオン注入したBF2 を引伸し拡散して形成し、n型ウエルは、半導体基板1の主面にイオン注入したPを引伸し拡散して形成する。
【0085】
次に、p- 型ウエル2の非活性領域の主面に素子分離用のフィールド絶縁膜4を形成する。この時、フィールド絶縁膜4の下に反転防止用のp型チャネルストッパ領域5を形成する。このフィールド絶縁膜4は、窒化シリコン膜を耐酸化マスクにした熱酸化法(LOCOS法)を用い、酸化シリコン膜を420〜480nm程度の膜厚に成長させて形成する。
【0086】
次に、p- 型ウエル2の活性領域の主面に駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のしきい値電圧を調整するためのBF2 をイオン注入した後、駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のゲート絶縁膜6を形成する。このゲート絶縁膜6は熱酸化法で形成し、その膜厚は13〜14nm程度とする(図10)。
【0087】
次に、半導体基板1の全面に第1層目のゲート材である多結晶シリコン膜を堆積する。この多結晶シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は90〜110nm程度とする。この多結晶シリコン膜には、その抵抗値を低減するために、堆積時にPを導入する。
【0088】
次に、上記多結晶シリコン膜の上に酸化シリコン膜からなる絶縁膜8を堆積する。この絶縁膜8はCVD法で形成し、その膜厚は135〜165nm程度とする。絶縁膜8は、駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のゲート電極7とその上層に形成される導電層とを電気的に分離するために形成する。
【0089】
次に、絶縁膜8の上に形成したフォトレジスト膜をマスクにして絶縁膜8およびその下層の前記多結晶シリコン膜を順次エッチングした後、このフォトレジスト膜をアッシングで除去することにより、駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のゲート電極7を形成する(図11)。
【0090】
次に、半導体基板1の全面に酸化シリコン膜を堆積する。この酸化シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は160〜200nm程度とする。次に、この酸化シリコン膜をRIE(Reactive Ion Etching)などの異方性エッチングでエッチングして、駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のゲート電極7の側壁にサイドウォールスペーサ9を形成する。
【0091】
次に、上記駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のゲート電極7の下を除く活性領域の主面の前記ゲート絶縁膜6を希フッ酸水溶液によるエッチングで除去した後、活性領域の主面に新たな酸化シリコン膜を形成する。この酸化シリコン膜は熱酸化法で形成し、9〜11nm程度の膜厚とする。
【0092】
次に、半導体基板1の主面にフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにして上記駆動用MISFETQd1 ,Qd2 の形成領域のp- 型ウエル2の主面にPをイオン注入する。次に、フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、p- 型ウエル2の主面に導入したPを引伸し拡散させ、駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のn型半導体領域10を形成する(図12)。
【0093】
次に、p- 型ウエル2の活性領域の主面に転送用MISFETQt1 ,Qt2 のしきい値電圧を調整するためのBF2 をイオン注入した後、活性領域の主面の前記酸化シリコン膜を希フッ酸水溶液によるエッチングで除去し、転送用MISFETQt1 ,Qt2 のゲート絶縁膜12を形成する。このゲート絶縁膜12は熱酸化法で形成し、その膜厚は13〜14nm程度とする。
【0094】
次に、半導体基板1の全面に第2層目のゲート材を堆積する。このゲート材は、多結晶シリコン膜とタングステンシリサイド膜との積層膜(ポリサイド膜)からなる。この時、まず多結晶シリコン膜を36〜44nm程度堆積した後、半導体基板1の主面にフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにして駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のn型半導体領域10上の絶縁膜(ゲート絶縁膜12と同一層の絶縁膜)をエッチングし、コンタクトホール14を形成する。
【0095】
次に、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去し、多結晶シリコン膜をさらに36〜44nm程度堆積する。この多結晶シリコン膜はCVD法で形成し、その抵抗値を低減するために、堆積時にPを導入する。次に、この多結晶シリコン膜の上層にタングステンシリサイド膜を堆積する。タングステンシリサイド膜はCVD法で形成し、その膜厚は72〜88nm程度とする。
【0096】
次に、上記タングステンシリサイド膜の上に酸化シリコン膜からなる絶縁膜15を堆積する。この絶縁膜15はCVD法で形成し、その膜厚は270〜330nm程度とする。絶縁膜15は、転送用MISFETQt1 ,Qt2 のゲート電極12とその上層に形成される導電層とを電気的に分離するために形成する。
【0097】
次に、上記絶縁膜15の上にフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにして絶縁膜15およびその下層の前記第2層目のゲート材(ポリサイド膜)を順次エッチングした後、フォトレジスト膜をアッシングで除去することにより、転送用MISFETQt1 ,Qt2 のゲート電極13A、ワード線WL(第1ワード線WL1 、第2ワード線WL2)および基準電圧線(VSS) 13Bをそれぞれ形成する(図13)。
【0098】
次に、半導体基板1の主面にフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにして転送用MISFETQt1 ,Qt2 の形成領域のp- 型ウエル2の主面にPをイオン注入する。次に、フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、p- 型ウエル2の主面に導入したPを引伸し拡散し、転送用MISFETQt1 ,Qt2 のn型半導体領域17を形成する。
【0099】
次に、半導体基板1の全面に酸化シリコン膜を堆積する。この酸化シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は270〜330nm程度とする。次に、この酸化シリコン膜をRIEなどの異方性エッチングでエッチングして、転送用MISFETQt1 ,Qt2 のゲート電極13A、ワード線WL(第1ワード線WL1 、第2ワード線WL2)および基準電圧線(VSS) 13Bのそれぞれの側壁にサイドウォールスペーサ16を形成する。
【0100】
次に、半導体基板1の主面にフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにして駆動用MISFETQd1 ,Qd2 の形成領域および転送用MISFETQt1 ,Qt2 の形成領域のそれぞれのp- 型ウエル2の主面にAsをイオン注入する。次に、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、p- 型ウエル2の主面に導入したAsを引伸し拡散し、駆動用MISFETQd1 ,Qd2 の形成領域のp- 型ウエル2の主面にn+ 型半導体領域11を、また転送用MISFETQt1 ,Qt2 の形成領域のp- 型ウエル2の主面にn+ 型半導体領域18をそれぞれ形成する。
【0101】
上記駆動用MISFETQd1 ,Qd2 の形成領域のp- 型ウエル2の主面には、あらかじめn型半導体領域10が形成されているので、n+ 型半導体領域11の形成により、2重拡散ドレイン構造のソース領域およびドレイン領域を有する駆動用MISFETQd1 ,Qd2 が完成する。また、転送用MISFETQt1 ,Qt2 の形成領域のp- 型ウエル2の主面には、あらかじめn型半導体領域17が形成されているので、n+ 型半導体領域18の形成により、LDD構造のソース領域およびドレイン領域を有する転送用MISFETQt1 ,Qt2 が完成する(図14)。
【0102】
次に、半導体基板1の全面に酸化シリコン膜からなる絶縁膜21を堆積する。この絶縁膜21はCVD法で形成し、その膜厚は54〜66nm程度とする。次に、絶縁膜21の上にフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにして絶縁膜21、絶縁膜8および絶縁膜(転送用MISFETQt1 ,Qt2 のゲート絶縁膜12と同一層の絶縁膜)をエッチングすることにより、転送用MISFETQt1 ,Qt2 のソース領域乃至ドレイン領域の一方の上部にコンタクトホール22を形成する。また、同時にこのフォトレジスト膜をマスクにして絶縁膜21および絶縁膜(転送用MISFETQt1 ,Qt2 のゲート絶縁膜12と同一層の絶縁膜)をエッチングすることにより、転送用MISFETQt1 ,Qt2 のソース領域乃至ドレイン領域の他方(駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のソース領域乃至ドレイン領域の一方)の上部にコンタクトホール22を形成する。
【0103】
次に、半導体基板1の全面に第3層目のゲート材である多結晶シリコン膜を堆積する。この多結晶シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は63〜77nm程度とする。この多結晶シリコン膜には、その抵抗値を低減するために、堆積時にPを導入する。次に、この多結晶シリコン膜の上に形成したフォトレジスト膜をマスクにして多結晶シリコン膜をエッチングした後、このフォトレジスト膜をアッシングで除去することにより、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート電極23Aおよびパッド層23Bをそれぞれ形成する(図15)。
【0104】
次に、半導体基板1の全面に負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート絶縁膜24をCVD法で堆積した後、このゲート絶縁膜24の上にフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにしてゲート絶縁膜24をエッチングすることにより、負荷用MISFETQp1 ,Qt2 のゲート電極23Aの上部にコンタクトホール25を形成する。
【0105】
次に、半導体基板1の全面に第4層目のゲート材である多結晶シリコン膜を堆積する。この多結晶シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は36〜44nm程度とする。次に、この多結晶シリコン膜の上に形成したフォトレジスト膜をマスクにして負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のチャネル領域26Nを形成する領域の多結晶シリコン膜にPをイオン注入する。次に、このフォトレジスト膜をアッシングで除去した後、多結晶シリコン膜の上に新たに形成したフォトレジスト膜をマスクにして負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のソース領域26P、ドレイン領域26Pおよび電源電圧線(VCC) 26Pを形成する領域の多結晶シリコン膜にBF2 をイオン注入する。
【0106】
次に、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、上記多結晶シリコン膜の上に新たに形成したフォトレジスト膜をマスクにして多結晶シリコン膜をエッチングすることにより、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のチャネル領域26N、ソース領域26P、ドレイン領域26Pおよび電源電圧線(VCC) 26Pをそれぞれ形成する。また、同時にこのフォトレジスト膜をマスクにして多結晶シリコン膜の下層の負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート絶縁膜24をエッチングすることにより、ゲート絶縁膜24の下層に形成された負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート電極23Aおよびパッド層23Bのそれぞれの一部を露出させる(図16)。
【0107】
次に、上記フォトレジスト膜をアッシングで除去した後、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のチャネル領域26N、ソース領域26P、ドレイン領域26Pおよび一部が露出したゲート電極23Aのそれぞれの表面に熱酸化法で薄い酸化膜を形成する。この酸化膜は、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 の耐圧を向上させるために形成する。
【0108】
次に、半導体基板1の全面に容量素子C1 ,C2 の誘電体膜となる絶縁膜27をCVD法で堆積する。この絶縁膜27は、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜からなり、下層の酸化シリコン膜の膜厚は13〜17nm程度とし、上層の窒化シリコン膜の膜厚は5〜7nm程度とする。
【0109】
次に、上記絶縁膜27の上に形成したフォトレジスト膜をマスクにして前記パッド層23Bの上部の絶縁膜27をエッチングで除去した後、このフォトレジスト膜をアッシングで除去する。次に、半導体基板1の全面に第5層目のゲート材である多結晶シリコン膜を堆積する。この多結晶シリコン膜はCVD法で形成し、その膜厚は27〜33nm程度とする。この多結晶シリコン膜は、その抵抗値を低減するために、堆積時にPを導入する。
【0110】
次に、上記多結晶シリコン膜の上に形成したフォトレジスト膜をマスクにして多結晶シリコン膜をエッチングする。これにより、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のドレイン領域26Pの上部に開孔29Aを、またパッド層23Bの上部に開孔29Bをそれぞれ設けたプレート電極28が完成する。またこれにより、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート電極23Aを第1電極とし、このプレート電極28を第2電極とし、ゲート電極23Aとプレート電極28との間の絶縁膜27を誘電体膜とするスタック構造の容量素子C1 ,C2 が完成する。
【0111】
また、このとき同時に上記フォトレジスト膜をマスクにして上記多結晶シリコン膜の下層の絶縁膜27(酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜)のうち、上層の窒化シリコン膜のみをエッチングする。このエッチングにより、プレート電極28の開孔29A、開孔29Bの底部や周辺回路の形成領域に露出した絶縁膜27は、上層の窒化シリコン膜のみが除去される。また、このエッチングは、下層の酸化シリコン膜がオーバーエッチングされて負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のチャネル領域26Nやゲート電極23Aなどが露出するのを防ぐために、CF4 +O2 などのエッチングガスを用いた等方性エッチングで行う(図17)。
【0112】
このように、本実施例のSRAMは、容量素子C1 ,C2 の誘電体膜を構成する絶縁膜27の一部を酸化シリコン膜よりも耐圧の高い窒化シリコン膜で構成する。この構成により、酸化シリコン膜単層で誘電体膜を構成する場合に比べて絶縁膜27を薄膜化することができるので、容量素子C1 ,C2 の容量を増大させることができる。
【0113】
また、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 の上層を覆う絶縁膜27の一部を酸化シリコン膜よりも耐水性の高い窒化シリコン膜で構成することにより、半導体チップ1の表面から負荷用MISFETQp1 ,Qp2 に水分が浸入するのを防止することができるので、水分の浸入による負荷用MISFETQp1 ,Qp2 の特性変動を抑制し、メモリセルMCの安定動作を確保することができる。
【0114】
また、本実施例のSRAMの製造方法は、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート電極23A上のゲート絶縁膜24をエッチングしてゲート電極23Aの一部を露出させた後、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 の上層に容量素子C1 ,C2 の誘電体膜を構成する絶縁膜27を堆積する。この構成により、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 とプレート電極28との間の誘電体膜を薄膜化することができるので、容量素子C1 ,C2 の容量を増大させることができる。
【0115】
また、本実施例のSRAMの製造方法は、第5層目のゲート材である多結晶シリコン膜をエッチングしてメモリセルアレイを覆うプレート電極28を形成する際、この多結晶シリコン膜の下層の絶縁膜27の一部を構成する窒化シリコン膜を同時にエッチングし、プレート電極28の開孔29A、開孔29Bの底部や周辺回路の形成領域の窒化シリコン膜を除去する。この構成により、周辺回路上に水素が通過し難い窒化シリコン膜を設けることによる周辺回路(を構成するMISFET)のしきい値電圧の変動を抑制することができるので、SRAMの安定動作を確保することができる。
【0116】
次に、上記プレート電極28のエッチングに用いたフォトレジスト膜をアッシングで除去した後、半導体基板1の全面に酸化シリコン膜からなる絶縁膜31およびBPSGからなる層間絶縁膜32を順次堆積する。絶縁膜31はCVD法で形成し、その膜厚は135〜165nm程度とする。層間絶縁膜32はCVD法で形成し、その膜厚は270〜330nm程度とする。
【0117】
次に、上記層間絶縁膜32上に形成したフォトレジスト膜をマスクにして層間絶縁膜32および絶縁膜31をエッチングし、転送用MISFETQt1 ,Qt2 のソース領域乃至ドレイン領域の一方の上層に配置された前記パッド層23Bの上部にコンタクトホール34を形成した後、フォトレジスト膜をアッシングで除去する。
【0118】
次に、半導体基板1の全面に第1層目の配線材であるタングステン膜を堆積する。このタングステン膜はスパッタ法で形成し、その膜厚は300nm程度とする。次に、このタングステン膜上に形成したフォトレジスト膜をマスクにしてタングステン膜をエッチングし、中間導電層33、サブワード線SWLおよびメインワード線MWLを形成した後、フォトレジスト膜をアッシングで除去する(図18)。
【0119】
次に、半導体基板1の全面に酸化シリコン膜、スピンオングラス膜、酸化シリコン膜を順次積層した3層膜からなる層間絶縁膜35を堆積する。酸化シリコン膜は酸素(O2)とテトラエトキシシラン(Si(OC2 5)4)をソースガスとするプラズマCVD法で形成し、その膜厚は下層の酸化シリコン膜が450〜550nm程度、上層の酸化シリコン膜が360〜440nm程度とする。また、スピンオングラス膜の膜厚は235〜265nm程度とする。
【0120】
上記層間絶縁膜35の一部を構成する酸化シリコン膜を前述したソースガスを用いたプラズマCVD法で形成することにより、層間絶縁膜35の膜中に多量の水素イオンが含有されると共に、後述する水素アニール工程で供給される水素がこの層間絶縁膜35を透過し易くなるため、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 を構成する多結晶シリコン膜の結晶粒界表面に存在する未結合手(ダングリングボンド)に充分な水素原子を供給することができる。
【0121】
次に、上記層間絶縁膜35上に形成したフォトレジスト膜をマスクにして層間絶縁膜35をエッチングし、中間導電層33の上部にコンタクトホール36を形成した後、フォトレジスト膜をアッシングで除去する。
【0122】
次に、半導体基板1の全面に第2層目の配線材を堆積する。この配線材は、TiW膜、アルミニウム合金膜、TiW膜を順次積層した3層膜からなる。TiW膜はスパッタ法で形成し、その膜厚は下層のTiW膜が60nm程度、上層のTiW膜が200nm程度とする。アルミニウム合金膜はスパッタ法で形成し、その膜厚は800nm程度とする。続いて、このTiW膜上に形成したフォトレジスト膜をマスクにしてTiW膜、アルミニウム合金膜、TiW膜を順次エッチングすることにより、相補性データ線DL(第1データ線DL1 および第2データ線DL2)を形成する。
【0123】
次に、このフォトレジスト膜をアッシングで除去した後、半導体基板1の全面に酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜からなるファイナルパッシベーション膜37を堆積する。酸化シリコン膜は、酸素とテトラエトキシシランとをソースガスとするプラズマCVD法で形成し、窒化シリコン膜は、モノシラン(SiH4)と窒素(またはアンモニア)とをソースガスとするプラズマCVD法で形成する。ファイナルパッシベーション膜37を構成する酸化シリコン膜および窒化シリコン膜をプラズマCVD法で形成することにより、ファイナルパッシベーション膜37中に多量の水素イオンが含有され、これが負荷用MISFETQp1 ,Qp2 を構成する多結晶シリコン膜への水素供給源となる。
【0124】
また、本実施例では、ファイナルパッシベーション膜37を堆積する工程の途中で水素アニールを行い、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 を構成する多結晶シリコン膜に水素を供給する。まず、酸化シリコン膜を360〜440nm程度堆積した後、水素を含む窒素雰囲気中、400℃程度で30分程度水素アニールを行い、続いて、酸化シリコン膜を360〜440nm程度堆積する。最後に、酸化シリコン膜の上に窒化シリコン膜を1.2μm程度堆積する。
【0125】
上記水素アニールにより、層間絶縁膜35、層間絶縁膜32および絶縁膜31を通じて負荷用MISFETQp1 ,Qp2 を構成する多結晶シリコン膜に水素が供給される。なお、本実施例のSRAMは、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のチャネル領域26N、ソース領域26Pおよびドレイン領域26Pを構成する多結晶シリコン膜(第4層目のゲート材)とその上層のプレート電極28(第5層目のゲート材)との間の誘電体膜(絶縁膜27)の一部を、水素原子が透過し難い窒化シリコン膜で構成しているが、プレート電極28の一部に開孔29Aを設けたことにより、この開孔29Aを通じて負荷用MISFETQp1 ,Qp2 を構成する多結晶シリコン膜に充分な水素を供給することができる。
【0126】
このように、本実施例のSRAMは、上記水素アニール工程で供給される水素および層間絶縁膜35、ファイナルパッシベーション膜37中に含まれる水素をプレート電極28の一部に設けた開孔29Aを通じて負荷用MISFETQp1 ,Qp2 に供給する。この構成により、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 を構成する多結晶シリコン膜の結晶粒界表面に存在する未結合手(ダングリングボンド)に充分な水素原子を供給することができるので、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 の相互コンダクタンス(Gm)が向上し、SRAMのメモリセルMCの特性が向上する。
【0127】
以上の工程により、前記図1に示すSRAMのメモリセルMCが完成する。その後、半導体チップ1は、図示しない樹脂により、パッケージに封止される。
【0128】
(実施例2)
前記実施例1のメモリセルMCの負荷用MISFETQp1 ,Qp2 は、ゲート電極の上部にチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を配置した、いわゆるボトムゲート構造で構成されているが、本実施例の負荷用MISFETQp1 ,Qp2 は、チャネル領域、ソース領域およびドレイン領域の上部にゲート電極を配置した、いわゆるトップゲート構造で構成されている。
【0129】
図19は、本実施例のSRAMの全体の概略構成(チップレイアウト)図、図20は、その一部を拡大して示す概略構成図である。
【0130】
長方形の半導体チップ1の主面には、特に限定はされないが、例えば16メガビット〔Mbit〕の大容量を有するSRAMが形成されている。このSRAMのメモリセルアレイは、4個のメモリブロックMB(MB1 〜MB4)からなり、各メモリブロックMBは、32個のサブアレイSMAで構成されている。また、各サブアレイSMAは、1024行×128列のメモリセルで構成されている。
【0131】
各メモリブロックMBの一端には、ロード回路LOADが配置されており、他端には、Yセレクタ回路YSW、Yデコーダ回路YDECおよびセンスアンプ回路SAが配置されている。また、各メモリブロックMBの中央部には、Xデコーダ回路XDECが配置されている。
【0132】
図20に示すように、上記メモリブロックMBを構成するサブアレイSMAのそれぞれの一端には、ワードデコーダ回路WDECが配置されている。このワードデコーダ回路WDECは、メモリブロックMBの上を列方向に延在するメインワード線MWLを介して前記Xデコーダ回路XDECで選択される。
【0133】
上記ワードデコーダ回路WDECは、サブアレイSMAの上を列方向に延在するサブワード線SWLを介して、このサブワード線SWLと平行に延在するワード線WLを選択する。ワード線WLは、列方向に配列されたメモリセルMC毎に配置され、各メモリセルMCには、同一選択信号が印加される2本のワード線WL(第1ワード線、第2ワード線)が接続されている。
【0134】
上記サブアレイSMAの上には、前記メインワード線MWL、サブワード線SWLおよびワード線WLと交差する方向(行方向)に延在する相補性データ線DLが配置されている。相補性データ線DLは、互いに平行に延在する2本のデータ線(第1データ線DL1 、第2データ線DL2 )からなり、行方向に配列されたメモリセルMC毎に配置されている。相補性データ線DLの一端は、ロード回路LOADに接続され、他端はYセレクタ回路YSWを介してセンスアンプ回路SAに接続されている。
【0135】
上記図19および図20に示すように、本実施例のSRAMは、Xデコーダ回路XDECによりメインワード線MWLを介してサブアレイSMAのワードデコーダ回路WDECの1つを選択し、この選択されたワードデコーダ回路WDECによりサブワード線SWLを介してワード線WL(第1ワード線WL1 および第2ワード線WL2 )を選択する。なお、後述するが、ワード線WLは第2層目のゲート材で構成され、サブワード線SWLは第1層目の配線材で構成される。
【0136】
すなわち、本実施例のSRAMは、サブアレイSMAの上を延在する複数のワード線WLのうちの1組のワード線WL(第1ワード線WL1 および第2ワード線WL2 )をワードデコーダ回路WDECおよびXデコーダ回路XDECにより選択するデバイデッドワードライン方式を採用し、この1組の第1ワード線WL1 および第2ワード線WL2 をサブワード線SWLを介してワードデコーダ回路WDECに接続するダブルワードライン方式を採用している。
【0137】
各メモリブロックMBに配置された前記Xデコーダ回路XDEC、Yセレクタ回路YSW、Yデコーダ回路YDEC、センスアンプ回路SA、ロード回路LOADなどは、SRAMの周辺回路を構成している。これらの周辺回路は、CMOSで構成され、メモリセルMCの情報の書込み動作、保持動作、読出し動作などを制御する。
【0138】
図21は、本実施例のSRAMのメモリセルMCを示す半導体基板の要部断面図、図22〜図28は、このメモリセルMCを構成する導電層のパターンレイアウトを導電層毎に分けて示す要部平面図である。
【0139】
図21に示すように、n- 型シリコン単結晶からなる半導体基板1の主面には、p- 型ウエル2が形成され、このp- 型ウエル2の非活性領域の主面には、酸化シリコン膜からなる素子分離用のフィールド絶縁膜4が形成されている。このフィールド絶縁膜4の下には、反転防止用のp型チャネルストッパ領域5が形成されている。
【0140】
SRAMのメモリセルMCを構成する転送用MISFETQt1 ,Qt2 、駆動用MISFETQd1 ,Qd2 および負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のうち、転送用MISFETQt1 ,Qt2 および駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のそれぞれは、上記フィールド絶縁膜4で囲まれたp- 型ウエル2の活性領域の主面に形成され、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 は、駆動用MISFETQd1 ,Qd2 の上層に形成されている。
【0141】
図21および図22に示すように、上記駆動用MISFETQd1 ,Qd2 は、ゲート絶縁膜6、ゲート電極7、ソース領域およびドレイン領域で構成されている。このソース領域およびドレイン領域は、n型半導体領域10の上部にn+ 型半導体領域11を形成した2重拡散ドレイン構造で構成されている。なお、図21には、2個の駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のうち、駆動用MISFETQd1 の一方の半導体領域(10,11)と、駆動用MISFETQd2 のゲート電極7および一方の半導体領域(10,11)とが示してある。
【0142】
上記駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のゲート電極7は、第1層目のゲート材形成工程で形成され、例えば多結晶シリコン膜で形成されている。この多結晶シリコン膜には、抵抗値を低減するためにn型の不純物(リンまたはヒ素)が導入されている。ゲート電極7の上部には、ゲート電極7と上層の導電層とを電気的に分離するための絶縁膜8が形成されている。この絶縁膜8は、例えば酸化シリコン膜からなる。
【0143】
図21および図23に示すように、メモリセルMCの転送用MISFETQt1 ,Qt2 は、前記フィールド絶縁膜4で囲まれたp- 型ウエル2の活性領域の主面に形成されている。転送用MISFETQt1 ,Qt2 は、ゲート絶縁膜12、ゲート電極13A、ソース領域およびドレイン領域で構成されている。このソース領域およびドレイン領域は、低不純物濃度のn型半導体領域17と高不純物濃度のn+ 型半導体領域18とで構成されている。すなわち、転送用MISFETQt1 ,Qd2 のソース領域およびドレイン領域は、LDD構造で構成されている。なお、図21には、2個の転送用MISFETQt1 ,Qt2 のうち、転送用MISFETQt1 のゲート絶縁膜12、ゲート電極13A、一方の半導体領域(17,18)が示してある。
【0144】
上記転送用MISFETQt1 ,Qt2 のゲート電極13Aは、第2層目のゲート材形成工程で形成され、例えばポリサイド膜で構成されている。このポリサイド膜の一部を構成する多結晶シリコン膜には、その抵抗値を低減するためにn型不純物(リンまたはヒ素)が導入されている。このゲート電極13Aは、ワード線WLと一体に構成されている。すなわち、転送用MISFETQt1 のゲート電極13Aは第1ワード線WL1 と一体に構成され、転送用MISFETQt2 のゲート電極13Aは第2ワード線WL2 と一体に構成されている。
【0145】
上記ゲート電極13Aの上層には、ゲート電極13Aと上層の導電層とを電気的に分離するための絶縁膜15が形成されている。この絶縁膜15は、例えば酸化シリコン膜で構成されている。また、ゲート電極13Aのゲート長方向の側壁には、酸化シリコン膜で構成されたサイドウォールスペーサ16が形成されている。
【0146】
図21および図24に示すように、前記駆動用MISFETQd1 ,Qd2 および上記転送用MISFETQt1 ,Qt2 の上層には、基準電圧線(VSS) 40Aが配置されている。この基準電圧線(VSS) 40Aは、駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のゲート絶縁膜6と同一層の絶縁膜に開孔されたコンタクトホール14を通じて、駆動用MISFETQd1 ,Qd2 のソース領域(n+ 型半導体領域11)に接続されている。基準電圧線(VSS) 40Aは、第3層目のゲート材形成工程で形成され、前記転送用MISFETQt1 ,Qt2 のゲート電極13Aと同じく、例えばポリサイド膜で構成されている。このポリサイド膜の一部を構成する多結晶シリコン膜には、その抵抗値を低減するためにn型の不純物(リンまたはヒ素)が導入されている。
【0147】
上記転送用MISFETQt1 ,Qt2 の一方のn+ 型半導体領域18(ドレイン領域)の上層には、基準電圧線(VSS) 40Aと同じ第3層目のゲート材で形成されたパッド層40Bが配置されている。このパッド層40Bは、転送用MISFETQt1 ,Qt2 のゲート絶縁膜12と同一層の絶縁膜に開孔されたコンタクトホール22を通じてn+ 型半導体領域18(ドレイン領域)に接続されている。
【0148】
図21および図25に示すように、メモリセルMCの負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のうち、負荷用MISFETQp1 は、駆動用MISFETQd2 の領域上に配置され、負荷用MISFETQp2 は、駆動用MISFETQd1 の領域上に配置されている。負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のそれぞれは、p型のソース領域41P、ドレイン領域41P、n型のチャネル領域41N、ゲート絶縁膜42およびゲート電極43で構成されている。なお、図21には、負荷用MISFETQp1 のソース領域41P、ドレイン領域41P、チャネル領域41Nおよびゲート絶縁膜42と、負荷用MISFETQp2 のゲート電極43が示してある。
【0149】
上記負荷用MISFETQp1 チャネル領域41Nは、絶縁膜44、絶縁膜45を介して駆動用MISFETQd2 の上層に形成されている。負荷用MISFETQp2 のチャネル領域41Nは、絶縁膜44、絶縁膜45を介して駆動用MISFETQd1 の上層に形成されている。絶縁膜44および絶縁膜45は、例えば酸化シリコン膜からなる。
【0150】
上記負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のそれぞれのチャネル領域41Nは、第4層目のゲート材形成工程で形成され、例えば多結晶シリコン膜で構成されている。この多結晶シリコン膜の一部(ソース側)または全面には、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のしきい値電圧をエンハンスメント型に設定するためのn型不純物(例えばP)が導入されている。
【0151】
上記負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のそれぞれのチャネル領域41Nの一端側にはドレイン領域41Pが、他端側にはソース領域41Pがそれぞれ形成されている。ドレイン領域41Pおよびソース領域41Pは、チャネル領域41Nと同じ第4層目のゲート材(多結晶シリコン膜)で構成され、チャネル領域41Nと一体に構成されている。第4層目のゲート材のうち、ドレイン領域41Pおよびソース領域41Pを構成する領域の多結晶シリコン膜には、p型不純物(ホウ素)が導入されている。
【0152】
上記負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のそれぞれのゲート絶縁膜42は、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のチャネル領域41N、ドレイン領域41Pおよびソース領域41Pを構成する上記多結晶シリコン膜の上層に形成されている。このゲート絶縁膜42は、例えば膜厚が10〜60nm程度の酸化シリコン膜からなる。
【0153】
図21および図26に示すように、上記負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のそれぞれのゲート電極43は、上記ゲート絶縁膜42の上層に形成されている。
【0154】
ゲート電極43は、第5層目のゲート材形成工程で形成され、例えば多結晶シリコン膜で構成されている。この多結晶シリコン膜には、抵抗値を低減するためにn型の不純物(例えばリン)が導入されている。
【0155】
上記負荷用MISFETQp1 ,Qp2 は、ゲート電極43に電源電圧(VCC) が印加される負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のOFF状態において、ゲート電極43とゲート電極43の下部の基準電圧(Vss) の状態にあるドレイン領域41Pとの間に強電界が加わることによって、ソース領域41P−ドレイン領域41P間にリーク電流が発生する不具合を防止するために、チャネル領域41Nを介してドレイン領域41Pとゲート電極43とを互いに離隔させている。すなわち、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 は、ドレイン領域41Pとゲート電極43とが重なりを持たずに離隔された、いわゆるオフセット構造で構成されている。なお、図27には、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のオフセット領域41off が網掛けパターンで示してある。
【0156】
上記負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のうち、負荷用MISFETQp1 のゲート電極43は、コンタクトホール46を通じて、駆動用MISFETQd2 の一方の半導体領域(ドレイン領域)11(転送用MISFETQt2 の一方の半導体領域18)と接続されている。図21には示さないが、同様に、負荷用MISFETQp2 のゲート電極43は、ゲート絶縁膜42、絶縁膜45、絶縁膜8などを開孔して形成したコンタクトホール46を通じて、駆動用MISFETQd1 の一方の半導体領域(ドレイン領域)11(転送用MISFETQt1 の一方の半導体領域18)と接続されている。
【0157】
上記負荷用MISFETQp2 のゲート電極43と駆動用MISFETQd1 の一方の半導体領域(ドレイン領域)11(転送用MISFETQt1 の一方の半導体領域18)とを接続する上記コンタクトホール46の側壁には、負荷用MISFETQp1 のドレイン領域41Pの断面が露出し、この露出したドレイン領域41Pとゲート電極43とがコンタクトホール46の側壁の壁面で電気的に接続されている。また、このコンタクトホール46の側壁には、駆動用MISQd2 のゲート電極7の一端の主面部が露出し、この露出したゲート電極7と負荷用MISFETQp2 のゲート電極43とがコンタクトホール46の側壁の壁面で電気的に接続されている。
【0158】
すなわち、負荷用MISFETQp2 のゲート電極43と、駆動用MISFETQd1 の一方の半導体領域(ドレイン領域)11(転送用MISFETQt1 の一方の半導体領域18)と、負荷用MISFETQp1 のドレイン領域41Pと、駆動用MISQd2 のゲート電極7とは、1個のコンタクトホール46を通じて相互に接続されている。
【0159】
図21には示さないが、同様に、負荷用MISFETQp1 のゲート電極43と駆動用MISFETQd2 の一方の半導体領域(ドレイン領域)11(転送用MISFETQt2 の一方の半導体領域18)とを接続するコンタクトホール46の側壁には、負荷用MISFETQp2 のドレイン領域41Pの断面が露出し、この露出したドレイン領域41Pとゲート電極43とがコンタクトホール46の側壁の壁面で電気的に接続されている。また、このコンタクトホール46の側壁には、駆動用MISFETQd1 のゲート電極7の一端の主面部が露出し、この露出したゲート電極7と負荷用MISFETQp1 のゲート電極43とがコンタクトホール46の側壁の壁面で電気的に接続されている。
【0160】
すなわち、負荷用MISFETQp1 のゲート電極43と、駆動用MISFETQd2 の一方の半導体領域(ドレイン領域)11(転送用MISFETQt2 の一方の半導体領域18)と、負荷用MISFETQp2 のドレイン領域41Pと、駆動用MISQd1 のゲート電極7とは、1個のコンタクトホール46を通じて相互に接続されている。
【0161】
図21および図27に示すように、上記負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート電極43の上層には、絶縁膜47を介してプレート電極48が配置されている。このプレート電極48は、第6層目のゲート材形成工程で形成され、例えば多結晶シリコン膜で構成されている。この多結晶シリコン膜には、n型の不純物(例えばP)が導入されている。また、このプレート電極48は、メモリセルMCの全域を覆うように形成されている。このプレート電極48は、回路の電源電圧(VCC) に接続されている。なお、本実施例のSRAMのメモリセルMCでは、前記実施例1の図9に示す電源電圧(Vcc) と第2の電源電圧(Vcc1)とが共通に使用されている。
【0162】
本実施例のSRAMのメモリセルMCには、2個の容量素子C1 ,C2 が設けられている。本実施例のSRAMの場合、この容量素子C1 ,C2 は、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 と、プレート電極48との間に形成されている。すなわち、この容量素子C1 ,C2 は、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート電極43を第1電極とし、プレート電極48を第2電極とし、ゲート電極43とプレート電極48との間の絶縁膜47を誘電体膜とするスタック(積層)構造で構成されている。絶縁膜47は、例えば膜厚5〜30nm程度の酸化シリコン膜と膜厚3〜10nm程度の窒化シリコン膜との積層膜で構成されている。なお、本実施例では、ゲート電極43の上面(全面)と側面とを使ってプレート電極48との間に容量素子C1 ,C2 を形成することができる。
【0163】
このように、本実施例のSRAMは、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のゲート電極43と、その上部を覆う大面積のプレート電極48との間で容量素子C1 ,C2 を構成しているので、容量素子C1 ,C2 を大容量化することができ、これにより、メモリセルMCのα線ソフトエラー耐性を大幅に向上させることができる。
【0164】
上記プレート電極48の一部には、開孔49Aおよび開孔49Bが形成されている。開孔49Aは、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のドレイン領域41Pの上部に形成され、プレート電極48がオフセット領域41off の上を覆わないようにするために設けられている。開孔49Bは、前記基準電圧線40A(Vss) と同じ第3層目のゲート材形成工程で形成された前記パッド層40Bの上部に形成されている。
【0165】
このように、本実施例のSRAMは、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のドレイン領域41Pの上部のプレート電極48に開孔49Aを形成し、オフセット領域41off とプレート電極48とをこの開孔49Aを介して離間したオフセット構造で構成されている。この構成により、ゲート電極43に電源電圧(VCC) が印加される負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のOFF状態において、プレート電極48とオフセット領域41off との間に強電界が加わるのを回避することができるので、この強電界によるソース領域41P−ドレイン領域41P間でのリーク電流の発生を防止し、メモリセルMCの安定動作を確保することができる。
【0166】
なお、プレート電極48に形成された他方の開孔49Bは、プレート電極48の下層のパッド層40Bとプレート電極48の上層の相補性データ線DL(第1データ線DL1 および第2データ線DL2)とがプレート電極48と短絡することなく接続できるように設けられた開孔である。
【0167】
図21および図28に示すように、上記プレート電極48の上層には、層間絶縁膜50を介してサブワード線SWLが配置されている。サブワード線SWLは、第1層目の配線材形成工程で形成され、例えばバリアメタル膜と高融点金属膜との積層膜で構成されている。バリアメタルは、例えばチタンタングステン(TiW)で構成され、高融点金属は、例えばタングステン(W)で構成されている。層間絶縁膜50は、例えば酸化シリコン膜とBPSG膜との積層膜で構成されている。
【0168】
前記転送用MISFETQt1 ,Qt2 の一方の半導体領域(ドレイン領域)18の上層には、サブワード線SWLと同じ第1層目の配線材で形成された中間導電層51が配置されている。この中間導電層51は、層間絶縁膜50、絶縁膜47、絶縁膜45、絶縁膜44に開孔されたコンタクトホール52を通じて、転送用MISFETQt1 ,Qt2 の一方の半導体領域(ドレイン領域)18上に形成された前記パッド層40Bに接続されている。
【0169】
上記サブワード線SWLおよび中間導電層51の上層には、第2層目の層間絶縁膜53を介して相補性データ線DLが配置されている。相補性データ線DLは、層間絶縁膜53に開孔されたコンタクトホール54を通じて中間導電層51に接続されている。相補性データ線DLは、第2層目の配線材形成工程で形成され、例えばバリアメタル膜、アルミニウム合金膜、バリアメタル膜を順次積層した3層膜からなる。バリアメタルは、例えばTiWで構成され、アルミニウム合金は、例えばCuおよびSiを添加したアルミニウムで構成される。層間絶縁膜53は、例えば酸化シリコン膜、スピンオングラス膜、酸化シリコン膜を順次積層した3層膜からなる。この酸化シリコン膜は、酸素とテトラエトキシシランとをソースガスとするプラズマCVD法で形成する。
【0170】
上記相補性データ線DLは、メモリセルMCの転送用MISFETQt1 ,Qt2 の一方の半導体領域(ドレイン領域)18に接続されている。相補性データ線DLのうち、第1データ線DL1 は、転送用MISFETQt1 の一方の半導体領域(ドレイン領域)18に接続されている。図示は省略するが、同様に、第2データ線DL2 は、転送用MISFETQt2 の一方の半導体領域(ドレイン領域)18に接続されている。相補性データ線DLと転送用MISFETQt1 ,Qt2 の一方の半導体領域(ドレイン領域)18との接続は、前記中間導電層51およびパッド層40Bを介して行われている。
【0171】
上記相補性データ線DLの上層には、第3層目の層間絶縁膜55を介してメインワード線MWLが配置されている。メインワード線MWLは、第3層目の配線材形成工程で形成され、例えば前記第2層目の配線材と同じバリアメタル膜、アルミニウム合金膜、バリアメタル膜を順次積層した3層膜からなる。層間絶縁膜55は、例えば酸化シリコン膜、酸化シリコン膜、スピンオングラス膜、酸化シリコン膜を順次積層した4層膜からなる。この酸化シリコン膜は、酸素とテトラエトキシシランとをソースガスとするプラズマCVD法で形成する。
【0172】
上記メインワード線MWLの上層には、ファイナルパッシベーション膜56が形成されている。ファイナルパッシベーション膜56は、例えば酸化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、ポリイミド樹脂膜を順次積層した4層膜からなる。酸化シリコン膜は、酸素とテトラエトキシシランとをソースガスとするプラズマCVD法で形成し、窒化シリコン膜は、モノシランと窒素(またはアンモニア)とをソースガスとするプラズマCVD法で形成する。
【0173】
本実施例では、前記実施例1と同様に、ファイナルパッシベーション膜56を堆積する工程の途中で水素アニールを行い、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 を構成する多結晶シリコン膜に水素を供給する。この水素アニールにより、層間絶縁膜55、層間絶縁膜53および層間絶縁膜50を通じて負荷用MISFETQp1 ,Qp2 を構成する多結晶シリコン膜に水素が供給される。
【0174】
このように、本実施例のSRAMは、上記水素アニール工程で供給される水素および層間絶縁膜55,53中に含まれる水素をプレート電極48の一部に設けた開孔49Aを通じて負荷用MISFETQp1 ,Qp2 に供給する。この構成により、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 を構成する多結晶シリコン膜の結晶粒界表面に存在する未結合手(ダングリングボンド)に充分な水素原子を供給することができるので、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 の相互コンダクタンス(Gm)が向上し、SRAMのメモリセルMCの特性が向上する。
【0175】
(実施例3)
図29は、第5層目のゲート材形成工程で形成された本実施例のプレート電極のパターンレイアウトを示す要部平面図、図30は、このプレート電極とその下部の負荷用MISFETの配置を模式的に示す概略断面図である。
【0176】
図29および図30に示すように、本実施例のSRAMのメモリセルMCは、プレート電極28(Vcc) に設けられた開孔29Aの形状が前記実施例1のそれと異なっている。すなわち、この開孔29Aは、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のチャネル領域26Nの全域にわたって設けられている。この開孔29Aは、前記実施例1のそれと同様、プレート電極28(Vcc) が負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のチャネル領域26Nを覆わないようにするために設けられている。
【0177】
上記の形状の開孔29Aを備えた本実施例3によれば、前記実施例1と同様の効果が得られると共に、ゲート電極23Aに基準電圧(Vss) が印加される負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のON状態において、チャネル領域26Nの上部に位置するプレート電極28からの電界がチャネル領域26Nに影響を与えるようなことがないので、ソース領域26P−ドレイン領域26P間の電流(ON電流)を向上させることができる。すなわち、この構成により、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のON電流を向上させると共に、OFF電流を小さくすることができるので、負荷用MISFETQp1 ,Qp2 のON電流/OFF電流比を向上させてメモリセルMCの安定動作を確保することができる。
【0178】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0179】
前記実施例1では、誘電体膜上の多結晶シリコン膜をエッチングしてプレート電極を形成する際、同時に誘電体膜の一部である窒化シリコン膜を除去したが、この窒化シリコン膜は必ずしも除去する必要はなく、またその一部がエッチングされずに残っていても差し支えない。
【0180】
プレート電極に形成する開孔は、前記図8や図29に示すような四角形のパターンに限定されるものではなく、例えば図31や図32に示すようなパターンにしてもよい。開孔29Aを図32に示すような帯状のパターンとすることにより、開孔29Aを形成する際のマスク合わせ余裕を大きくすることができる。
【0181】
前記実施例1〜3では、負荷用MISFETの上層にプレート電極を形成したメモリセルMCについて説明したが、上記プレート電極は、負荷用MISFETの下層に配置してもよい。すなわち、前記実施例1または実施例3において、半導体基板の主面上に形成した第1導電膜で駆動用MISFETのゲート電極を構成し、半導体基板の主面上に形成した第2導電膜で転送用MISFETのゲート電極を構成し、第1および第2導電膜の上層に形成した第3導電膜でプレート電極を形成し、第3導電膜の上層に形成した第4導電膜で負荷用MISFETのゲート電極を構成し、第4導電膜の上層に形成した第5導電膜で負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を構成し、負荷用MISFETと前記プレート電極との間で容量素子を構成すると共に、少なくとも負荷用MISFETのオフセット領域が形成された領域下のプレート電極に開孔を形成してもよい。
【0182】
あるいは、前記実施例2において、半導体基板の主面上に形成した第1導電膜で駆動用MISFETのゲート電極を構成し、半導体基板の主面上に形成した第2導電膜で転送用MISFETのゲート電極を構成し、第1および第2導電膜の上層に形成した第3導電膜でプレート電極を形成し、第3導電膜の上層に形成した第4導電膜で負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を構成し、第4導電膜の上層に形成した第5導電膜で負荷用MISFETのゲート電極を構成し、負荷用MISFETと前記プレート電極との間で容量素子を構成すると共に、少なくとも負荷用MISFETのオフセット領域あるいはチャネル領域が形成された領域下のプレート電極に開孔を形成してもよい。
【0183】
また、前記実施例1および実施例3では、第2の電源電圧(Vcc1)を電源電圧(Vcc)と同じ電圧にしたが、第2の電源電圧(Vcc1)を電源電圧(Vcc)と異なる電圧にしてもよい。例えば第2の電源電圧(Vcc1)を1/2Vccとすることにより、前記図9に示す記憶ノードn1,n2 のどちらにも容量を付けることができる。
【0184】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【0185】
(1).本発明によれば、負荷用MISFETとその上を覆う大面積のプレート電極との間で容量素子を構成することにより、大容量の容量素子を形成することができるので、SRAMのメモリセルのα線ソフトエラー耐性を向上させることができる。
【0186】
(2).本発明によれば、負荷用MISFETのドレイン領域上のプレート電極に開孔を形成し、オフセット領域とプレート電極とを離間することにより、電源電圧のOFF時にプレート電極からオフセット領域に強電界が加わるのを回避することができる。これにより、この強電界によるソース領域−ドレイン領域間でのリーク電流の発生を防止し、OFF電流を低減することができるので、ON電流/OFF電流比を向上させ、メモリセルの安定動作を確保することができる。
【0187】
(3).本発明によれば、プレート電極への給電をメモリセルアレイの外部から行うことにより、このSRAMを形成した半導体チップに外部から電源ノイズが入った場合、この電源ノイズのメモリセルへの直接的影響を回避することができるので、メモリセルの安定動作を確保することができる。
【0188】
(4).本発明によれば、容量素子の誘電体膜を構成する絶縁膜の一部を酸化シリコン膜よりも耐圧の高い窒化シリコン膜で構成することにより、この誘電体膜を酸化シリコン膜単層で構成した場合に比べて薄膜化することができるので、容量素子の容量を増大させることができる。
【0189】
(5).本発明によれば、酸化シリコン膜よりも耐水性の高い窒化シリコン膜を含む誘電体膜で負荷用MISFETの上層を覆うことにより、水分の浸入による負荷用MISFETの特性変動を抑制することができるので、メモリセルの安定動作を確保することができる。
【0190】
(6).本発明によれば、負荷用MISFETのゲート電極上のゲート絶縁膜の一部を除去してから誘電体膜を形成するので、誘電体膜を薄膜化することができ、容量素子の容量を増大させることができる。
【0191】
(7).本発明によれば、プレート電極に設けた開孔を通じて負荷用MISFETを構成する多結晶シリコン膜の結晶粒界表面に存在する未結合手(ダングリングボンド)に水素原子を供給することにより、負荷用MISFETの相互コンダクタンス(Gm)を向上させることができる。
【0192】
(8).本発明によれば、メモリセルアレイを覆うプレート電極を形成する際、その下層の誘電体膜の一部を構成する窒化シリコン膜を同時にエッチングして周辺回路上の窒化シリコン膜を除去することにより、周辺回路上に水素が通過し難い窒化シリコン膜を設けることによる周辺回路(を構成するMISFET)のしきい値電圧の変動を抑制することができるので、SRAMの安定動作を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である半導体集積回路装置のメモリセルを示す半導体基板の要部断面図である。
【図2】本発明の一実施例である半導体集積回路装置のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
【図3】本発明の一実施例である半導体集積回路装置のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
【図4】本発明の一実施例である半導体集積回路装置のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
【図5】本発明の一実施例である半導体集積回路装置のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
【図6】本発明の一実施例である半導体集積回路装置のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
【図7】負荷用MISFETとその上部に形成したプレート電極の配置を模式的に示す概略断面図である。
【図8】本発明の一実施例である半導体集積回路装置のメモリセルアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
【図9】本発明の一実施例である半導体集積回路装置のメモリセルの等価回路図である。
【図10】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図11】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図12】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図13】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図14】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図15】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図16】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図17】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図18】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図19】本発明の他の実施例である半導体集積回路装置の全体の概略構成(チップレイアウト)図である。
【図20】図19の一部を拡大して示す概略構成(チップレイアウト)図である。
【図21】本発明の他の実施例である半導体集積回路装置のメモリセルを示す半導体基板の要部断面図である。
【図22】本発明の他の実施例である半導体集積回路装置のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
【図23】本発明の他の実施例である半導体集積回路装置のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
【図24】本発明の他の実施例である半導体集積回路装置のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
【図25】本発明の他の実施例である半導体集積回路装置のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
【図26】本発明の他の実施例である半導体集積回路装置のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
【図27】本発明の他の実施例である半導体集積回路装置のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
【図28】本発明の他の実施例である半導体集積回路装置のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
【図29】本発明の一実施例である半導体集積回路装置のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
【図30】負荷用MISFETとその上部に形成したプレート電極の配置を模式的に示す概略断面図である。
【図31】本発明の一実施例である半導体集積回路装置のメモリセルアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
【図32】本発明の他の実施例である半導体集積回路装置のメモリセルアレイのパターンレイアウトを示す要部平面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板(半導体チップ)
2 p- 型ウエル
3 領域
4 フィールド絶縁膜
5 p型チャネルストッパ領域
6 ゲート絶縁膜
7 ゲート電極
8 絶縁膜
9 サイドウォールスペーサ
10 n型半導体領域
11 n+ 型半導体領域
12 ゲート絶縁膜
13A ゲート電極
13B 基準電圧線(VSS)
14 コンタクトホール
15 絶縁膜
16 サイドウォールスペーサ
17 n型半導体領域
18 n+ 型半導体領域
21 絶縁膜
22 コンタクトホール
23A ゲート電極
23B パッド層
24 ゲート絶縁膜
25 コンタクトホール
26N チャネル領域
26off オフセット領域
26P ソース領域
26P ドレイン領域
26P 電源電圧線(VCC)
27 絶縁膜
28 プレート電極
29A 開孔
29B 開孔
29C コンタクトホール
30 ガードリング
31 絶縁膜
32 層間絶縁膜
33 中間導電層
34 コンタクトホール
35 層間絶縁膜
36 コンタクトホール
37 ファイナルパッシベーション膜
40A 基準電圧線(VSS)
40B パッド層
41N チャネル領域
41off オフセット領域
41P ソース領域
41P ドレイン領域
42 ゲート絶縁膜
43 ゲート電極
44 絶縁膜
45 絶縁膜
46 コンタクトホール
47 絶縁膜
48 プレート電極
49A 開孔
49B 開孔
50 層間絶縁膜
51 中間導電層
52 コンタクトホール
53 層間絶縁膜
54 コンタクトホール
55 層間絶縁膜
56 ファイナルパッシベーション膜
1 容量素子
2 容量素子
DL 相補性データ線
DL1 第1データ線
DL2 第2データ線
MC メモリセル
MWL メインワード線
Qd1 駆動用MISFET
Qd2 駆動用MISFET
Qp1 負荷用MISFET
Qp2 負荷用MISFET
Qt1 転送用MISFET
Qt2 転送用MISFET
SWL サブワード線
WL ワード線
WL1 第1ワード線
WL2 第2ワード線
LOAD ロード回路
MB メモリブロック
MB1 〜MB4 メモリブロック
SA センスアンプ回路
SMA サブアレイ
WDEC ワードデコーダ回路
XDEC Xデコーダ回路
YDEC Yデコーダ回路
YSW Yセレクタ回路
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device and a manufacturing technique thereof, and more particularly to a technology effective when applied to a semiconductor integrated circuit device having an SRAM (Static Random Access Memory).
[0002]
[Prior art]
An SRAM as a semiconductor memory device includes a memory cell including a flip-flop circuit and two transfer MISFETs (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistors) at an intersection between a complementary data line and a word line.
[0003]
In the memory cell transfer MISFET, one of the source region and the drain region is connected to the input / output terminal of the flip-flop circuit, and the other is connected to the complementary data line. A word line is connected to the gate electrode of the transfer MISFET, and the conduction and non-conduction of the transfer MISFET is controlled by this word line.
[0004]
The flip-flop circuit of the memory cell is configured as an information storage unit, and includes two drive MISFETs and two load resistance elements. One of the source region and drain region of one transfer MISFET is connected to the drain region of one drive MISFET, and a reference voltage line is connected to the source region. Further, one of the source region and the drain region of the other transfer MISFET is connected to the gate electrode of the drive MISFET.
[0005]
One of the source region and the drain region of the transfer MISFET is connected to one end side of the load resistance element, and a power supply voltage line is connected to the other end side. The load resistive element is stacked on the top of the driving MISFET in order to reduce the area occupied by the memory cell and improve the degree of integration.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-234055 and Japanese Patent Application No. 5-4502 describe techniques optimal for high integration of the SRAM as described above.
[0007]
In the SRAM described in JP-A-3-234055, the gate electrode of the driving MISFET is constituted by the first conductive film formed on the main surface of the semiconductor substrate, and the second conductive material also formed on the main surface of the semiconductor substrate. The film forms the gate electrode of the transfer MISFET, the word line connected to the gate electrode, and the reference voltage line connected to the source region of the drive MISFET. The gate electrode of the load MISFET is formed by the third conductive film formed on the first and second conductive films, and the channel of the load MISFET is formed by the fourth conductive film formed on the third conductive film. A region, a source region, a drain region, and a power supply voltage line connected to the source region of the load MISFET are configured.
[0008]
That is, the SRAM described in the above publication employs a so-called complete CMOS structure in which the flip-flop circuit of the memory cell is composed of two drive MISFETs and two load MISFETs in order to reduce standby current. Yes.
[0009]
Further, this SRAM has a gate electrode (first conductive film) of a driving MISFET as a first electrode and a dielectric film as an insulating film formed on the gate electrode as a countermeasure against α-ray soft error of the memory cell. A capacitive element having a gate electrode (third conductive film) of a load MISFET formed on the dielectric film as a second electrode is provided.
[0010]
Although not a publicly known technique, the SRAM described in Japanese Patent Application No. 5-4502 comprises a gate electrode of a driving MISFET with a first conductive film formed on the main surface of a semiconductor substrate, A second conductive film formed on the main surface of the substrate constitutes the gate electrode of the transfer MISFET and a word line connected to the gate electrode, and a third film formed on the first and second conductive films. The conductive film forms a reference voltage line, and the fourth conductive film formed on the third conductive film forms the channel region, source region, and drain region of the load MISFET, and is formed on the fourth conductive film. The gate electrode of the load MISFET is formed by the fifth conductive film, the power supply voltage line is formed by the sixth conductive film formed on the fifth conductive film, and the power supply voltage line is overlapped with the load MISFET. Place By, constitute a capacitance element between the power supply voltage line and the load MISFET.
[0011]
That is, this SRAM employs a complete CMOS structure with reduced standby current, and a large-capacity capacitive element is formed between the load MISFET and a large-area power supply voltage line formed thereabove. This greatly improves the resistance of the cell to alpha ray soft errors.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In the SRAM described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-234055, in which a capacitive element is formed between the gate electrode of the memory cell driving MISFET and the gate electrode of the load MISFET, it is difficult to form a large capacity capacitive element. For this reason, there is a problem that it becomes difficult to ensure the resistance to α-ray soft error as the memory cell is miniaturized.
[0013]
In the SRAM described in Japanese Patent Application No. 5-4502, a capacitive element is formed between a load MISFET of a memory cell and a large-area power supply voltage line covering the upper layer thereof, so this SRAM is formed. When power supply noise enters the semiconductor chip from the outside, the power supply noise directly affects the memory cell through the power supply voltage line, and there is a possibility that the operation reliability of the memory cell is lowered.
[0014]
An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the resistance to α-ray soft error of an SRAM memory cell.
[0015]
Another object of the present invention is to provide a technique capable of improving the reliability of SRAM circuit operation.
[0016]
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be described as follows.
[0018]
(1). A first conductive film formed on a main surface of a semiconductor substrate in an SRAM in which a memory cell is constituted by a transfer MISFET controlled by a word line and a flip-flop circuit composed of a drive MISFET and a load MISFET. The gate electrode of the driving MISFET is configured, and the gate electrode of the transfer MISFET is configured by the second conductive film formed on the main surface of the semiconductor substrate, and is formed on the first and second conductive films. The third conductive film constitutes the gate electrode of the load MISFET, the fourth conductive film formed on the third conductive film constitutes the channel region, the source region and the drain region of the load MISFET, A plate electrode covering the memory cell array is formed by a fifth conductive film formed on the fourth conductive film, and the load MISFET and the plate current are formed. A capacitive element is formed between the plate electrode and at least a hole is provided in the plate electrode on the channel region on the drain region side of the load MISFET.
[0019]
(2) In the SRAM of (1), a power supply voltage is supplied to the plate electrode from the outside of the memory cell array.
[0020]
(3) In the SRAM of (1), at least a part of the dielectric film of the capacitive element is formed of a silicon nitride film.
[0021]
(4) In the SRAM manufacturing method of (3), after forming the opening in the plate electrode, the silicon nitride film at the bottom of the opening is removed, and then a hydrogenation annealing treatment is performed. Hydrogen is supplied to the conductive film constituting the load MISFET through the opening.
[0022]
(5) In the method of manufacturing an SRAM according to (4), when the silicon nitride film at the bottom of the opening is removed, the silicon nitride film in a region for forming a peripheral circuit is simultaneously removed.
[0023]
(6) In the SRAM manufacturing method of (1), after etching the conductive film constituting the channel region, the source region and the drain region of the load MISFET, the insulating film under the conductive film is etched. A part of the gate electrode of the load MISFET is exposed, and then a dielectric film of the capacitive element is formed on the conductive film.
[0024]
[Action]
According to the above means (1), since the capacitive element is formed between the load MISFET and the large-area plate electrode covering the load MISFET, a large-capacitance capacitive element can be formed. It is possible to improve the alpha ray soft error resistance.
[0025]
Further, by providing an opening in the plate electrode on the channel region on the drain region side of the load MISFET and separating the channel region having the offset structure from the plate electrode, the plate electrode is strongly applied to the offset region of the load MISFET. Since the application of an electric field can be avoided, the generation of a leakage current between the source region and the drain region due to this strong electric field can be prevented, and the off current of the load MISFET can be reduced to ensure a stable operation of the memory cell. Can do.
[0026]
According to the means (2), when the power supply voltage is supplied to the plate electrode from the outside of the memory cell array, when the power supply noise enters the semiconductor chip on which the SRAM is formed from the outside, the memory of the power supply noise is supplied. Since direct influence on the cell can be avoided, stable operation of the memory cell can be ensured.
[0027]
According to the above means (3), at least a part of the dielectric film of the capacitive element is made of a silicon nitride film having a higher withstand voltage than the silicon oxide film, so that it is compared with a case where the silicon oxide film is made of a single layer. The thickness of the dielectric film can be reduced, and the capacity of the capacitive element can be increased.
[0028]
Further, by covering the upper layer of the load MISFET with a silicon nitride film having a higher water resistance than the silicon oxide film, it is possible to suppress the characteristic variation of the load MISFET due to moisture entering from the chip surface.
[0029]
According to the above means (4), hydrogen is added to dangling bonds existing on the crystal grain boundary surface of the conductive film (polycrystalline silicon film) constituting the load MISFET through the openings provided in the plate electrode. MISFET Qp for load by supplying atoms 1 , Qp 2 The mutual conductance (Gm) can be improved.
[0030]
According to the above means (5), it is possible to suppress fluctuations in the threshold voltage of the peripheral circuit (a MISFET constituting the peripheral circuit) due to the formation of a silicon nitride film in which hydrogen does not easily pass over the peripheral circuit. The stable operation of the SRAM can be ensured.
[0031]
According to the above means (6), the dielectric film is formed between the load MISFET and the plate electrode by forming the dielectric after removing the insulating film on the gate electrode of the load MISFET. Therefore, the capacitance of the capacitor can be increased.
[0032]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail using examples. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted.
[0033]
Example 1
An SRAM according to an embodiment of the present invention is not particularly limited, but has a large capacity of, for example, 4 megabits (Mbit) to 16 megabits (Mbit). FIG. 9 shows an equivalent circuit diagram of the SRAM memory cell MC.
[0034]
As shown in FIG. 9, the memory cell MC has a word line WL (first word line WL). 1 And the second word line WL 2 ) And complementary data line DL (first data line DL) 1 And the second data line DL 2 ), And a flip-flop circuit and two transfer MISFETs Qt 1 , Qt 2 It consists of and. The flip-flop circuit is configured as an information storage unit and stores 1-bit information (“1” or “0”).
[0035]
Two transfer MISFETs Qt of the memory cell MC 1 , Qt 2 Is an n-channel type, and one of a source region and a drain region is connected to a pair of input / output terminals of a flip-flop circuit. MISFETQt for transfer 1 One of the source region to the drain region of the first data line DL 1 And its gate electrode is connected to the first word line WL. 1 It is connected to the. MISFETQt for transfer 2 One of the source region to the drain region of the second data line DL 2 The gate electrode of which is connected to the second word line WL. 2 It is connected to the.
[0036]
The flip-flop circuit includes two driving MIS13TQd configured in an n-channel type. 1 , Qd 2 And two load MISFETs Qp composed of p-channel type 1 , Qp 2 It consists of That is, the SRAM memory cell MC of the present embodiment has a complete CMOS structure.
[0037]
MISFET Qd for driving 1 And load MISFETQp 1 Are connected to each other's drain region (one input / output terminal of the flip-flop circuit) and to each other's gate electrodes to form a CMOS inverter. Similarly, MISFET Qd for driving 2 And load MISFETQp 2 Are connected to each other's drain region (the other input / output terminal of the flip-flop circuit) and connected to each other's gate electrodes to constitute a CMOS inverter.
[0038]
MISFET Qd for driving 1 And load MISFETQp 1 Each of the drain regions of the MISFET Qt for transfer 1 Connected to the other one of the source region and drain region of the transistor 2 And load MISFETQp 2 Are connected to the respective gate electrodes. Similarly, MISFET Qd for driving 2 And load MISFETQp 2 Each of the drain regions of the MISFET Qt for transfer 2 Connected to the other one of the source region and drain region of the transistor 1 And load MISFETQp 1 Are connected to the respective gate electrodes.
[0039]
MISFET Qd for driving 1 , Qd 2 The source region of each has a reference voltage (V SS ) And MISFET Qp for load 1 , Qp 2 Each source region of the power source voltage (V CC ) It is connected to the. Reference voltage (V SS ) Is, for example, 0 V (GND potential) and the power supply voltage (V CC ) Is, for example, 5V.
[0040]
MISFET Qp for load 1 , Qp 2 And the second power supply voltage (V CC1 ) Between the capacitance element C 1 , C 2 Is configured. This capacitive element C 1 , C 2 Is intended to improve the resistance to α-ray soft error of the memory cell MC, and its configuration will be described in detail later.
[0041]
Next, a specific configuration of the SRAM memory cell MC will be described with reference to FIGS.
[0042]
As shown in FIG. - P on the main surface of a semiconductor substrate (semiconductor chip) 1 made of type silicon single crystal. - A mold well 2 is formed and this p - On the main surface of the inactive region of the mold well 2, an element isolation field insulating film 4 made of a silicon oxide film is formed. Under the field insulating film 4, a p-type channel stopper region 5 for preventing inversion is formed.
[0043]
MISFET Qd for driving constituting memory cell MC 1 , Qd 2 MISFET Qt for transfer 1 , Qt 2 And load MISFETQp 1 , Qp 2 Drive MISFET Qd 1 , Qd 2 And transfer MISFETQt 1 , Qt 2 Each of the p is surrounded by the field insulating film 4. - It is formed on the main surface of the active region of the mold well 2.
[0044]
MISFET Qd for driving 1 , Qd 2 Each of these comprises a gate insulating film 6, a gate electrode 7, a source region and a drain region. The gate electrode 7 is formed in the first layer gate material forming step, and is formed of, for example, a polycrystalline silicon film. An n-type impurity (for example, P) is introduced into the polycrystalline silicon film in order to reduce its resistance value.
[0045]
MISFET Qd for driving 1 , Qd 2 An insulating film 8 is formed on the gate electrode 7. The insulating film 8 is made of, for example, a silicon oxide film. Further, sidewall spacers 9 are formed on the sidewalls of the gate electrode 7 in the gate length direction. The sidewall spacer 9 is made of, for example, a silicon oxide film.
[0046]
MISFET Qd for driving 1 , Qd 2 The source region and the drain region of each of the n-type semiconductor region 10 having a low impurity concentration and the n-type semiconductor region having a high impurity concentration provided thereon are provided. + And a type semiconductor region 11. That is, the driving MISFET Qd 1 , Qd 2 Each source region and drain region has a so-called double diffused drain structure.
[0047]
The field insulating film 4 and the driving MISFET Qd formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 1 , Qd 2 The pattern layout of the gate electrode 7 is shown in FIG. In the figure, two L-shaped regions 3 and 3 surrounded by a field insulating film 4 are active regions for one memory cell MC.
[0048]
As shown in FIG. 2, the driving MISFET Qd 1 , Qd 2 One end side of each of the gate electrodes 7 protrudes on the field insulating film 4 by an amount corresponding to at least a mask alignment margin in the manufacturing process. Also, the driving MISFET Qd 1 Gate electrode 7 (Qd 1 ) Is connected to the driving MISFET Qd via the field insulating film 4. 2 Projecting over the drain region of the MISFET Qd for driving 2 Gate electrode 7 (Qd 2 ) Is connected to the driving MISFET Qd via the field insulating film 4. 1 It protrudes up to the drain region 7.
[0049]
As shown in FIG. 1, the transfer MISFET Qt of the memory cell MC 1 , Qt 2 Each includes a gate insulating film 12, a gate electrode 13A, a source region, and a drain region. The gate electrode 13A is formed in the second-layer gate material forming step, and is composed of, for example, a laminated film (polycide film) of a polycrystalline silicon film and a refractory metal silicide film. An n-type impurity (for example, P) is introduced into the lower polycrystalline silicon film in order to reduce its resistance value. The upper refractory metal silicide film is, for example, WSi X , MoSi X TiSi X , TaSi X Etc.
[0050]
Transfer MISFETQt 1 , Qt 2 Over the gate electrode 13A, an insulating film 15 and an insulating film 21 are formed. The insulating film 15 and the insulating film 21 are made of, for example, a silicon oxide film. A sidewall spacer 16 is formed on the side wall of the gate electrode 13A. The sidewall spacer 16 is made of, for example, a silicon oxide film.
[0051]
Transfer MISFETQt 1 , Qt 2 The source region and the drain region of each of the n-type semiconductor region 17 and the n-type semiconductor region 17 with a low impurity concentration + And a type semiconductor region 18. That is, the transfer MISFET Qt 1 , Qd 2 The source region and the drain region of each have an LDD (Lightly Doped Drain) structure.
[0052]
The transfer MISFET Qt formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 1 , Qt 2 The pattern layout of the gate electrode 13A is shown in FIG. As shown in the figure, the transfer MISFET Qt 1 , Qt 2 The gate electrode 13A has a gate length (Lg) direction of MISFET Qd for driving. 1 , Qd 2 The gate electrode 7 is arranged so as to intersect with the gate length (Lg) direction.
[0053]
As shown in FIGS. 1 and 3, the transfer MISFET Qt 1 One of the source region to the drain region of the MISFET Qd for driving 1 The drain region is integrally formed. Similarly, transfer MISFETQt 2 One of the source region to the drain region of the MISFET Qd for driving 2 The drain region is integrally formed.
[0054]
MISFETQt for transfer 1 Gate electrode 13A (Qt 1 ) Includes the first word line WL. 1 Are connected, and the transfer MISFET Qt 2 Gate electrode 13A (Qt 2 ) Includes the second word line WL. 2 Is connected. MISFETQt for transfer 1 The gate electrode 13A of the first word line WL 1 MISFET Qt for transfer 2 The gate electrode 13A of the second word line WL 2 It is composed integrally with.
[0055]
The first word line WL 1 And the second word line WL 2 Between the two drive MISFETs Qd 1 , Qd 2 A reference voltage line (V SS ) 13B is arranged. Reference voltage line (V SS ) 13B is a transfer MISFET Qt 1 , Qt 2 Gate electrode 13A and word line WL (first word line WL) 1 , Second word line WL 2 ) And the second layer gate material forming step, and extends on the field insulating film 4 in the same direction as the word lines WL. Reference voltage line (V SS ) 13B is a driving MISFET Qd 1 , Qd 2 MISFET Qd for driving through a contact hole 14 opened in the same insulating film as the gate insulating film 6 of 1 , Qd 2 Source regions (n + Type semiconductor region 11).
[0056]
As shown in FIG. 1, the two load MISFETs Qp of the memory cell MC 1 , Qp 2 MISFET Qp for load 1 Is the MISFET Qd for driving 2 MISFET Qp for load 2 Is the MISFET Qd for driving 1 It is arranged on the area. MISFET Qp for load 1 , Qp 2 Each includes a gate electrode 23A, a gate insulating film 24, a channel region 26N, a source region 26P, and a drain region 26P.
[0057]
MISFET Qp for load 1 , Qp 2 The gate electrode 23A is formed in the third-layer gate material forming step, and is formed of, for example, a polycrystalline silicon film. An n-type impurity (for example, P) is introduced into the polycrystalline silicon film in order to reduce its resistance value. MISFET Qp for load 1 , Qp 2 A pattern layout of the gate electrode 23A is shown in FIG.
[0058]
As shown in FIGS. 1 and 4, the load MISFET Qp 1 The gate electrode 23A includes an insulating film 21, an insulating film 8, and an insulating film (transfer MISFETQt 1 , Qt 2 Through the contact hole 22 formed in the same insulating layer as the gate insulating film 12). 1 Gate electrode 7 and transfer MISFET Qt 2 Is connected to one of the source region and the drain region. Similarly, MISFET Qp for load 2 The gate electrode 23A includes an insulating film 21, an insulating film 8, and an insulating film (transfer MISFETQt 1 , Qt 2 MISFET Qd for driving through a contact hole 22 opened in the same insulating layer as the gate insulating film 12). 2 Gate electrode 7 and transfer MISFET Qt 1 Is connected to one of the source region and the drain region.
[0059]
Transfer MISFETQt 1 , Qt 2 In the other upper part of the source region to the drain region, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 A pad layer 23B formed in the same third-layer gate material forming step as that of the gate electrode 23A is disposed. The pad layer 23B includes an insulating film 21 and an insulating film (transfer MISFETQt 1 , Qt 2 MISFET Qt for transfer through a contact hole 22 formed in the same insulating layer as that of the gate insulating film 12). 1 , Qt 2 Is connected to the other one of the source region and the drain region.
[0060]
As shown in FIG. 1, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 On the upper part of the gate electrode 23A, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 The gate insulating film 24 is formed. The gate insulating film 24 is made of, for example, a silicon oxide film.
[0061]
MISFET Qp for load 1 , Qp 2 The upper portion of the gate insulating film 24 has a load MISFET Qp. 1 , Qp 2 Channel region 26N, source region 26P and drain region 26P are formed. The channel region 26N is formed in the fourth-layer gate material forming step, and is made of, for example, a polycrystalline silicon film. This polycrystalline silicon film has a load MISFET Qp. 1 , Qp 2 An n-type impurity (for example, P) is introduced in order to make the threshold voltage of the enhancement type. MISFET Qp for load 1 , Qp 2 FIG. 5 shows a pattern layout of the channel region 26N, source region 26P, and drain region 26P.
[0062]
As shown in FIGS. 1 and 5, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 A drain region 26P is formed on one end side of the channel region 26N, and a source region 26P is formed on the other end side. The drain region 26P and the source region 26P are formed in the same fourth-layer gate material (polycrystalline silicon) forming step as the channel region 26N, and are configured integrally with the channel region 26N. The polycrystalline silicon film constituting the drain region 26P and the source region 26P has ap type impurity (for example, BF 2 ) Has been introduced. In order to make it easier to see the arrangement of the channel region 26N, the drain region 26P, and the source region 26P, the drain region 26P and the source region 26P excluding the channel region 26N are shaded in FIG. Thus, the load MISFET Qp of the memory cell MC of the present embodiment. 1 , Qp 2 Is a so-called so-called channel region 26N, source region 26P, and drain region 26P formed in the fourth-layer gate material forming step are arranged above the gate electrode 23A formed in the third-layer gate material forming step. It has a bottom gate structure.
[0063]
MISFET Qp for load 1 , Qp 2 Is the power supply voltage (V CC ) In the OFF state, a leakage current is generated between the source region 26P and the drain region 26P by applying a strong electric field between the gate electrode 23A and the drain region 26P in the state of the reference voltage (Vss) on the gate electrode 23A. In order to prevent this, the drain region 26P and the gate electrode 23A are separated from each other through the channel region 26N. That is, MISFET Qp for load 1 , Qp 2 Has a so-called offset structure in which the drain region 26P and the gate electrode 23A are separated without overlapping. Hereinafter, MISFET Qp for load 1 , Qp 2 Of these channel regions 26N, a region separated from the gate electrode 23A is referred to as an offset region 26off (a region shaded in FIG. 6).
[0064]
MISFET Qp for load 1 The drain region 26P of the load MISFET Qp is connected to the load MISFET Qp through a contact hole 25 opened in the same insulating film as the gate insulating film 24 2 Connected to the gate electrode 23A. Similarly, MISFET Qp for load 2 The drain region 26P of the load MISFET Qp is connected to the load MISFET Qp through a contact hole 25 opened in the same insulating film as the gate insulating film 24 1 Connected to the gate electrode 23A.
[0065]
MISFET Qp for load 1 , Qp 2 The source region 26P of the power supply voltage line (V CC ) 26P is connected. Power supply voltage line (V CC ) 26P is formed in the same fourth layer gate material (polycrystalline silicon) forming step as the channel region 26N, the drain region 26P, and the source region 26P, and is configured integrally therewith.
[0066]
As shown in FIG. 1, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 An insulating film 27 is formed on the upper portion. The insulating film 27 is composed of, for example, a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film, and a capacitive element C described later. 1 , C 2 The dielectric film is configured.
[0067]
A plate electrode 28 is formed on the insulating film 27. The plate electrode 28 is formed in the fifth-layer gate material forming step, and is composed of, for example, a polycrystalline silicon film. An n-type impurity (for example, P) is introduced into the polycrystalline silicon film. The pattern layout of the plate electrode 28 is shown in FIG. In the figure, the gate material (load MISFET Qp for the fourth layer) among the conductive layers under the plate electrode 28 is shown for easy understanding of the drawing. 1 , Qp 2 Channel region 26N, source region 26P, drain region 26P and power supply voltage line (V CC ) 26P and the gate material of the third layer (load MISFET Qp 1 , Qp 2 Only the gate electrode 23A and the pad layer 23B) are shown.
[0068]
As shown in FIGS. 1 and 6, the plate electrode 28 is formed so as to cover the entire area of the memory cell MC. The plate electrode 28 has a power supply voltage line (V CC ) Is applied, but in this embodiment, the power supply voltage (V CC1 ) Is applied.
[0069]
As shown in FIG. 9, the memory cell MC includes two capacitive elements C. 1 , C 2 Is provided. In the case of the SRAM of this embodiment, this capacitive element C 1 , C 2 Is the load MISFETQp 1 , Qp 2 Formed between the gate electrode 23 </ b> A and the plate electrode 28. That is, this capacitive element C 1 , C 2 Is the load MISFETQp 1 , Qp 2 The gate electrode 23A is a first electrode, the plate electrode 28 is a second electrode, and the insulating film 27 between the gate electrode 23A and the plate electrode 28 is a dielectric film.
[0070]
As described above, the SRAM of this embodiment has the load MISFET Qp. 1 , Qp 2 And a large-area plate electrode 28 covering the upper portion of the capacitor element C 1 , C 2 The capacitive element C 1 , C 2 Can be increased in capacity, and the resistance to α-ray soft error of the memory cell MC can be greatly improved.
[0071]
As shown in FIGS. 1, 6, and 7, an opening 29 </ b> A and an opening 29 </ b> B are formed in a part of the plate electrode 28. In the opening 29A, the plate electrode 28 has a load MISFET Qp. 1 , Qp 2 In order not to cover the offset region 26off of the load, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 Is formed above the drain region 26P. On the other hand, the opening 29B is a load MISFET Qp. 1 , Qp 2 The gate electrode 23A is formed on the pad layer 23B formed in the same third-layer gate material formation step as the gate electrode 23A.
[0072]
As described above, the SRAM of this embodiment has the load MISFET Qp. 1 , Qp 2 An opening 29A is formed in the plate electrode 28 on the upper side of the drain region 26P, and the offset region 26off is separated from the plate electrode 28 through the opening 29A.
[0073]
With this configuration, the power supply voltage (V CC ) MISFET Qp for load to which is applied 1 , Qp 2 In the OFF state, it is possible to avoid the application of a strong electric field between the plate electrode 28 and the offset region 26off, so that the generation of a leakage current between the source region 26P and the drain region 26P due to this strong electric field is prevented. be able to. As a result, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 Since the source-drain current (OFF current) in the OFF state can be reduced, the ON current / OFF current ratio can be improved and the stable operation of the memory cell MC can be ensured.
[0074]
The other opening 29B formed in the plate electrode 28 has a complementary data line DL (first data line DL) in the upper layer of the pad electrode 23B and the upper layer of the plate electrode 28. 1 And the second data line DL 2 ) Are openings provided so as to be connected to the plate electrode 28 without short-circuiting.
[0075]
As shown in FIG. 8, the plate electrode 28 is integrally formed so as to cover the entire area of the memory cell array composed of a large number of memory cells MC. Further, as shown in the figure, one end of the plate electrode 28 extends to the upper part of a guard ring 30 formed of an n-type well formed along the periphery of the memory cell array. The power supply voltage (V from the guard ring 30 through the contact hole 29C opened in the CC ) Is supplied.
[0076]
That is, the SRAM of the present embodiment has a load MISFET Qp for the memory cell MC. 1 , Qp 2 Power supply voltage line (V CC The power supply voltage (V) is applied to the plate electrode 28 from outside the memory cell array, not from 26P. CC ). With this configuration, even when power supply noise enters the semiconductor chip 1 in which the SRAM is formed from the outside, it is possible to prevent the power supply noise from directly affecting the memory cell MC through the plate electrode 28, so that the stable operation of the memory cell MC is achieved. Can be secured.
[0077]
As shown in FIG. 1, an intermediate conductive layer 33, a sub word line SWL, and a main word line MWL are formed above the plate electrode 28 via an insulating film 31 and an interlayer insulating film 32. The intermediate conductive layer 33 is connected to the pad layer 23 </ b> B through a contact hole 34 opened in the interlayer insulating film 32, the insulating film 31, and the insulating film 27.
[0078]
Each of the intermediate conductive layer 33, the sub word line SWL, and the main word line MWL is formed in the first layer wiring material forming step, and is formed of a refractory metal film such as tungsten (W). The insulating film 31 is made of, for example, a silicon oxide film, and the interlayer insulating film 32 is made of, for example, a BPSG (Boron-doped Phospho Silicate Glass) film.
[0079]
As shown in FIG. 1, complementary data lines DL (first data lines DL) are disposed above the intermediate conductive layer 33, the sub word line SWL, and the main word line MWL via a second-layer interlayer insulating film 35. 1 And the second data line DL 2 ) Is arranged. The complementary data line DL is connected to the intermediate conductive layer 33 through a contact hole 36 opened in the interlayer insulating film 35.
[0080]
The complementary data line DL is formed in the second-layer wiring material forming step, and is composed of, for example, a three-layer metal film in which a barrier metal film, an aluminum alloy film, and a barrier metal film are sequentially stacked. The barrier metal is made of, for example, TiW, and the aluminum alloy is made of, for example, aluminum to which Cu and Si are added. The interlayer insulating film 35 is made of, for example, a three-layer insulating film in which a silicon oxide film, a spin on glass (SOG) film, and a silicon oxide film are sequentially stacked.
[0081]
Among the complementary data lines DL, the first data line DL 1 Transfer MISFETQt 1 One of the source region and drain region (n + Type semiconductor region 18) and connected to the second data line DL 2 Transfer MISFETQt 2 One of the source region and drain region (n + Type semiconductor region 18). Complementary data line DL and transfer MISFETQt 1 , Qt 2 N + The connection to the type semiconductor region 18 is made through the intermediate conductive layer 33 and the pad layer 23B.
[0082]
A final passivation film 37 that protects the surface of the semiconductor chip 1 is formed on the complementary data line DL. The final passivation film 37 is made of, for example, a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.
[0083]
Next, an example of a specific method for manufacturing the SRAM will be described with reference to FIGS.
[0084]
First, n having a specific resistance value of about 10 [Ω / cm]. - A semiconductor substrate 1 made of silicon single crystal is prepared, and p is formed in a part of a memory cell array formation region and a peripheral circuit formation region (not shown). - A type well 2 is formed, and an n-type well is formed in another part of the peripheral circuit formation region. p - The mold well 2 is a BF in which ions are implanted into the main surface of the semiconductor substrate 1. 2 The n-type well is formed by stretching and diffusing ions implanted into the main surface of the semiconductor substrate 1.
[0085]
Then p - A field insulating film 4 for element isolation is formed on the main surface of the inactive region of the mold well 2. At this time, a p-type channel stopper region 5 for preventing inversion is formed under the field insulating film 4. The field insulating film 4 is formed by growing a silicon oxide film to a thickness of about 420 to 480 nm using a thermal oxidation method (LOCOS method) using a silicon nitride film as an oxidation resistant mask.
[0086]
Then p - MISFET Qd for driving on the main surface of the active region of the mold well 2 1 , Qd 2 BF for adjusting the threshold voltage of 2 After ion implantation, MISFET Qd for driving 1 , Qd 2 The gate insulating film 6 is formed. This gate insulating film 6 is formed by a thermal oxidation method, and its film thickness is set to about 13 to 14 nm (FIG. 10).
[0087]
Next, a polycrystalline silicon film as a first layer gate material is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. This polycrystalline silicon film is formed by the CVD method, and the film thickness is about 90 to 110 nm. In this polycrystalline silicon film, P is introduced during deposition in order to reduce its resistance value.
[0088]
Next, an insulating film 8 made of a silicon oxide film is deposited on the polycrystalline silicon film. This insulating film 8 is formed by the CVD method, and the film thickness is about 135 to 165 nm. The insulating film 8 is formed of a driving MISFET Qd 1 , Qd 2 The gate electrode 7 is formed in order to electrically isolate the conductive layer formed thereon.
[0089]
Next, using the photoresist film formed on the insulating film 8 as a mask, the insulating film 8 and the polycrystalline silicon film below the insulating film 8 are sequentially etched, and then the photoresist film is removed by ashing, thereby driving. MISFETQd 1 , Qd 2 The gate electrode 7 is formed (FIG. 11).
[0090]
Next, a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. This silicon oxide film is formed by the CVD method, and the film thickness is about 160 to 200 nm. Next, this silicon oxide film is etched by anisotropic etching such as RIE (Reactive Ion Etching), so that the driving MISFET Qd 1 , Qd 2 Side wall spacers 9 are formed on the side walls of the gate electrode 7.
[0091]
Next, the driving MISFET Qd 1 , Qd 2 After the gate insulating film 6 on the main surface of the active region except under the gate electrode 7 is removed by etching with a dilute hydrofluoric acid aqueous solution, a new silicon oxide film is formed on the main surface of the active region. This silicon oxide film is formed by thermal oxidation and has a thickness of about 9 to 11 nm.
[0092]
Next, a photoresist film is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1, and this is used as a mask to drive the MISFET Qd for driving. 1 , Qd 2 P of the formation region of - P ions are implanted into the main surface of the mold well 2. Next, after removing the photoresist film by ashing, p - P introduced into the main surface of the mold well 2 is expanded and diffused to drive the MISFET Qd 1 , Qd 2 N-type semiconductor region 10 is formed (FIG. 12).
[0093]
Then p - Transfer MISFET Qt on the main surface of the active region of the mold well 2 1 , Qt 2 BF for adjusting the threshold voltage of 2 Then, the silicon oxide film on the main surface of the active region is removed by etching with dilute hydrofluoric acid aqueous solution, and the transfer MISFET Qt 1 , Qt 2 The gate insulating film 12 is formed. This gate insulating film 12 is formed by a thermal oxidation method, and its film thickness is about 13 to 14 nm.
[0094]
Next, a second-layer gate material is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. This gate material is a laminated film (polycide film) of a polycrystalline silicon film and a tungsten silicide film. At this time, after a polycrystalline silicon film is first deposited to a thickness of about 36 to 44 nm, a photoresist film is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1, and this is used as a mask to drive the MISFET Qd. 1 , Qd 2 The insulating film on the n-type semiconductor region 10 (insulating film in the same layer as the gate insulating film 12) is etched to form a contact hole.
[0095]
Next, the photoresist film is removed by ashing, and a polycrystalline silicon film is further deposited by about 36 to 44 nm. This polycrystalline silicon film is formed by the CVD method, and P is introduced during deposition in order to reduce the resistance value. Next, a tungsten silicide film is deposited on the polycrystalline silicon film. The tungsten silicide film is formed by the CVD method, and the film thickness is about 72 to 88 nm.
[0096]
Next, an insulating film 15 made of a silicon oxide film is deposited on the tungsten silicide film. This insulating film 15 is formed by the CVD method, and the film thickness is about 270 to 330 nm. The insulating film 15 is composed of a transfer MISFET Qt 1 , Qt 2 The gate electrode 12 is formed to electrically isolate the conductive layer formed thereon.
[0097]
Next, a photoresist film is formed on the insulating film 15, and the insulating film 15 and the second-layer gate material (polycide film) under the insulating film 15 are sequentially etched using the photoresist film as a mask. Is removed by ashing, thereby transferring the MISFET Qt for transfer. 1 , Qt 2 Gate electrode 13A, word line WL (first word line WL) 1 , Second word line WL 2 ) And reference voltage line (V SS ) 13B is formed (FIG. 13).
[0098]
Next, a photoresist film is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1, and this is used as a mask to transfer the MISFET Qt. 1 , Qt 2 P of the formation region of - P ions are implanted into the main surface of the mold well 2. Next, after removing the photoresist film by ashing, p - P introduced into the main surface of the mold well 2 is stretched and diffused to transfer MISFET Qt 1 , Qt 2 N-type semiconductor region 17 is formed.
[0099]
Next, a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. This silicon oxide film is formed by the CVD method, and the film thickness is about 270 to 330 nm. Next, this silicon oxide film is etched by anisotropic etching such as RIE to transfer MISFET Qt. 1 , Qt 2 Gate electrode 13A, word line WL (first word line WL) 1 , Second word line WL 2 ) And reference voltage line (V SS ) Side wall spacers 16 are formed on the respective side walls of 13B.
[0100]
Next, a photoresist film is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1, and this is used as a mask to drive the MISFET Qd. 1 , Qd 2 Formation region and transfer MISFETQt 1 , Qt 2 P in each of the formation regions of - As ions are implanted into the main surface of the mold well 2. Next, after removing the photoresist film by ashing, p - As introduced into the main surface of the mold well 2 is stretched and diffused to drive the MISFET Qd. 1 , Qd 2 P of the formation region of - N on the main surface of the mold well 2 + Type semiconductor region 11 and transfer MISFET Qt 1 , Qt 2 P of the formation region of - N on the main surface of the mold well 2 + Each type semiconductor region 18 is formed.
[0101]
MISFET Qd for driving 1 , Qd 2 P of the formation region of - Since the n-type semiconductor region 10 is formed in advance on the main surface of the mold well 2, n + Drive semiconductor MISFET Qd having a source region and a drain region of a double diffusion drain structure by forming a type semiconductor region 11 1 , Qd 2 Is completed. Also, the transfer MISFET Qt 1 , Qt 2 P of the formation region of - Since the n-type semiconductor region 17 is formed in advance on the main surface of the mold well 2, n + Transfer type MISFET Qt having a source region and a drain region of an LDD structure by forming the semiconductor region 18 1 , Qt 2 Is completed (FIG. 14).
[0102]
Next, an insulating film 21 made of a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. This insulating film 21 is formed by the CVD method, and its film thickness is about 54 to 66 nm. Next, a photoresist film is formed on the insulating film 21, and using this as a mask, the insulating film 21, the insulating film 8, and the insulating film (transfer MISFET Qt 1 , Qt 2 MISFET Qt for transfer by etching the insulating film in the same layer as the gate insulating film 12 of 1 , Qt 2 A contact hole 22 is formed on one of the source region and the drain region. At the same time, using the photoresist film as a mask, the insulating film 21 and the insulating film (transfer MISFET Qt 1 , Qt 2 MISFET Qt for transfer by etching the insulating film in the same layer as the gate insulating film 12 of 1 , Qt 2 The other of the source region to the drain region (driving MISFET Qd 1 , Qd 2 A contact hole 22 is formed above one of the source region and the drain region.
[0103]
Next, a polycrystalline silicon film as a third-layer gate material is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. This polycrystalline silicon film is formed by the CVD method, and the film thickness is about 63 to 77 nm. In this polycrystalline silicon film, P is introduced during deposition in order to reduce its resistance value. Next, after etching the polycrystalline silicon film using the photoresist film formed on the polycrystalline silicon film as a mask, the photoresist film is removed by ashing, whereby the load MISFET Qp 1 , Qp 2 The gate electrode 23A and the pad layer 23B are respectively formed (FIG. 15).
[0104]
Next, the load MISFET Qp is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1. 1 , Qp 2 After depositing the gate insulating film 24 by the CVD method, a photoresist film is formed on the gate insulating film 24, and the gate insulating film 24 is etched using the photoresist film as a mask to thereby load the MISFET Qp for load. 1 , Qt 2 A contact hole 25 is formed above the gate electrode 23A.
[0105]
Next, a polycrystalline silicon film which is a fourth-layer gate material is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. This polycrystalline silicon film is formed by the CVD method, and the film thickness is about 36 to 44 nm. Next, using the photoresist film formed on the polycrystalline silicon film as a mask, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 P is ion-implanted into the polycrystalline silicon film in the region where the channel region 26N is to be formed. Next, the photoresist film is removed by ashing, and then the load MISFET Qp is formed using the photoresist film newly formed on the polycrystalline silicon film as a mask. 1 , Qp 2 Source region 26P, drain region 26P and power supply voltage line (V CC BF on the polycrystalline silicon film in the region where 26P is formed 2 Ion implantation.
[0106]
Next, after removing the photoresist film by ashing, the polycrystalline silicon film is etched using the photoresist film newly formed on the polycrystalline silicon film as a mask, thereby loading the MISFET Qp for load. 1 , Qp 2 Channel region 26N, source region 26P, drain region 26P and power supply voltage line (V CC ) 26P is formed. At the same time, using this photoresist film as a mask, the MISFET Qp for loading under the polycrystalline silicon film 1 , Qp 2 The gate insulating film 24 is etched to form a load MISFET Qp formed under the gate insulating film 24. 1 , Qp 2 A part of each of the gate electrode 23A and the pad layer 23B is exposed (FIG. 16).
[0107]
Next, after the photoresist film is removed by ashing, a load MISFET Qp 1 , Qp 2 A thin oxide film is formed by thermal oxidation on each surface of the channel region 26N, the source region 26P, the drain region 26P and the gate electrode 23A partially exposed. This oxide film is a load MISFET Qp. 1 , Qp 2 It is formed to improve the breakdown voltage.
[0108]
Next, the capacitive element C is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1. 1 , C 2 An insulating film 27 to be a dielectric film is deposited by the CVD method. The insulating film 27 is composed of a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film. The thickness of the lower silicon oxide film is about 13 to 17 nm, and the thickness of the upper silicon nitride film is about 5 to 7 nm. .
[0109]
Next, using the photoresist film formed on the insulating film 27 as a mask, the insulating film 27 on the pad layer 23B is removed by etching, and then the photoresist film is removed by ashing. Next, a polycrystalline silicon film as a fifth-layer gate material is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. This polycrystalline silicon film is formed by the CVD method, and the film thickness is about 27 to 33 nm. This polycrystalline silicon film introduces P at the time of deposition in order to reduce its resistance value.
[0110]
Next, the polycrystalline silicon film is etched using the photoresist film formed on the polycrystalline silicon film as a mask. As a result, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 A plate electrode 28 having an opening 29A above the drain region 26P and an opening 29B above the pad layer 23B is completed. This also causes the load MISFET Qp. 1 , Qp 2 The capacitor element C having a stack structure in which the gate electrode 23A is a first electrode, the plate electrode 28 is a second electrode, and the insulating film 27 between the gate electrode 23A and the plate electrode 28 is a dielectric film. 1 , C 2 Is completed.
[0111]
At the same time, only the upper silicon nitride film of the insulating film 27 (laminated film of silicon oxide film and silicon nitride film) below the polycrystalline silicon film is etched using the photoresist film as a mask. By this etching, only the upper silicon nitride film is removed from the insulating film 27 exposed at the bottom of the opening 29A and the opening 29B of the plate electrode 28 and the peripheral circuit forming region. In addition, this etching is performed by overetching the lower silicon oxide film to load MISFET Qp. 1 , Qp 2 In order to prevent the channel region 26N, the gate electrode 23A, and the like from being exposed, Four + O 2 Isotropic etching using an etching gas such as is performed (FIG. 17).
[0112]
As described above, the SRAM of this embodiment includes the capacitor element C. 1 , C 2 A part of the insulating film 27 constituting the dielectric film is made of a silicon nitride film having a higher withstand voltage than the silicon oxide film. With this configuration, the insulating film 27 can be made thinner as compared with the case where the dielectric film is formed of a single layer of silicon oxide film. 1 , C 2 Capacity can be increased.
[0113]
Also, MISFET Qp for load 1 , Qp 2 A part of the insulating film 27 covering the upper layer is made of a silicon nitride film having higher water resistance than the silicon oxide film, so that the load MISFET Qp can be formed from the surface of the semiconductor chip 1. 1 , Qp 2 Since it is possible to prevent moisture from entering the MISFET Qp for loading due to moisture penetration 1 , Qp 2 Thus, stable operation of the memory cell MC can be ensured.
[0114]
Further, the manufacturing method of the SRAM of the present embodiment is the same as that of the load MISFET Qp. 1 , Qp 2 After the gate insulating film 24 on the gate electrode 23A is etched to expose a part of the gate electrode 23A, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 Capacitor C on the upper layer 1 , C 2 An insulating film 27 constituting the dielectric film is deposited. With this configuration, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 Since the dielectric film between the electrode plate 28 and the plate electrode 28 can be thinned, the capacitive element C 1 , C 2 Capacity can be increased.
[0115]
In addition, in the SRAM manufacturing method of this embodiment, when the plate electrode 28 covering the memory cell array is formed by etching the polycrystalline silicon film which is the fifth-layer gate material, the insulation under the polycrystalline silicon film is formed. The silicon nitride film constituting a part of the film 27 is etched at the same time, and the silicon nitride film at the bottom of the opening 29A and the opening 29B of the plate electrode 28 and the peripheral circuit forming region is removed. With this configuration, it is possible to suppress fluctuations in the threshold voltage of the peripheral circuit (a MISFET constituting the peripheral circuit) due to the provision of a silicon nitride film through which hydrogen does not easily pass over the peripheral circuit, thereby ensuring stable operation of the SRAM. be able to.
[0116]
Next, after removing the photoresist film used for etching the plate electrode 28 by ashing, an insulating film 31 made of a silicon oxide film and an interlayer insulating film 32 made of BPSG are sequentially deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. The insulating film 31 is formed by the CVD method, and the film thickness is about 135 to 165 nm. The interlayer insulating film 32 is formed by the CVD method, and the film thickness is about 270 to 330 nm.
[0117]
Next, using the photoresist film formed on the interlayer insulating film 32 as a mask, the interlayer insulating film 32 and the insulating film 31 are etched, and the transfer MISFET Qt 1 , Qt 2 After the contact hole 34 is formed on the pad layer 23B disposed on the upper layer of one of the source region and the drain region, the photoresist film is removed by ashing.
[0118]
Next, a tungsten film which is a first layer wiring material is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. This tungsten film is formed by sputtering and has a thickness of about 300 nm. Next, the tungsten film is etched using the photoresist film formed on the tungsten film as a mask to form the intermediate conductive layer 33, the sub word line SWL, and the main word line MWL, and then the photoresist film is removed by ashing ( FIG. 18).
[0119]
Next, an interlayer insulating film 35 composed of a three-layer film in which a silicon oxide film, a spin-on-glass film, and a silicon oxide film are sequentially stacked is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. The silicon oxide film is oxygen (O 2 ) And tetraethoxysilane (Si (OC 2 H Five ) Four ) With a source gas as the source gas, and the thickness of the lower silicon oxide film is about 450 to 550 nm and the upper silicon oxide film is about 360 to 440 nm. The film thickness of the spin-on-glass film is about 235 to 265 nm.
[0120]
By forming the silicon oxide film constituting a part of the interlayer insulating film 35 by the above-described plasma CVD method using the source gas, a large amount of hydrogen ions are contained in the film of the interlayer insulating film 35 and will be described later. Since the hydrogen supplied in the hydrogen annealing step is easily transmitted through the interlayer insulating film 35, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 Sufficient hydrogen atoms can be supplied to dangling bonds (dangling bonds) existing on the crystal grain boundary surface of the polycrystalline silicon film constituting.
[0121]
Next, the interlayer insulating film 35 is etched using the photoresist film formed on the interlayer insulating film 35 as a mask to form a contact hole 36 above the intermediate conductive layer 33, and then the photoresist film is removed by ashing. .
[0122]
Next, a second-layer wiring material is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. This wiring material is composed of a three-layer film in which a TiW film, an aluminum alloy film, and a TiW film are sequentially laminated. The TiW film is formed by sputtering, and the film thickness is about 60 nm for the lower TiW film and about 200 nm for the upper TiW film. The aluminum alloy film is formed by sputtering, and the film thickness is about 800 nm. Subsequently, by using the photoresist film formed on the TiW film as a mask, the TiW film, the aluminum alloy film, and the TiW film are sequentially etched, thereby completing the complementary data line DL (first data line DL). 1 And the second data line DL 2 ).
[0123]
Next, after the photoresist film is removed by ashing, a final passivation film 37 made of a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. The silicon oxide film is formed by a plasma CVD method using oxygen and tetraethoxysilane as source gases, and the silicon nitride film is monosilane (SiH Four ) And nitrogen (or ammonia) as a source gas. By forming the silicon oxide film and the silicon nitride film constituting the final passivation film 37 by the plasma CVD method, a large amount of hydrogen ions are contained in the final passivation film 37, and this is the load MISFET Qp. 1 , Qp 2 It becomes a hydrogen supply source to the polycrystalline silicon film constituting the film.
[0124]
In this embodiment, hydrogen annealing is performed in the middle of the process of depositing the final passivation film 37, and the load MISFET Qp 1 , Qp 2 Hydrogen is supplied to the polycrystalline silicon film constituting the film. First, after depositing a silicon oxide film of about 360 to 440 nm, hydrogen annealing is performed in a nitrogen atmosphere containing hydrogen at about 400 ° C. for about 30 minutes, and then a silicon oxide film is deposited about 360 to 440 nm. Finally, a silicon nitride film is deposited on the silicon oxide film by about 1.2 μm.
[0125]
By the hydrogen annealing, the load MISFET Qp is passed through the interlayer insulating film 35, the interlayer insulating film 32, and the insulating film 31. 1 , Qp 2 Hydrogen is supplied to the polycrystalline silicon film constituting the film. Note that the SRAM of this embodiment has a load MISFET Qp. 1 , Qp 2 Between the polycrystalline silicon film (fourth layer gate material) and the upper layer plate electrode 28 (fifth layer gate material) constituting the channel region 26N, source region 26P and drain region 26P A part of the film (insulating film 27) is made of a silicon nitride film that is difficult for hydrogen atoms to permeate. By providing an opening 29A in a part of the plate electrode 28, a load is applied through the opening 29A. MISFETQp 1 , Qp 2 Sufficient hydrogen can be supplied to the polycrystalline silicon film constituting the film.
[0126]
As described above, the SRAM of the present embodiment is loaded with hydrogen supplied in the hydrogen annealing step and hydrogen contained in the interlayer insulating film 35 and the final passivation film 37 through the opening 29A provided in a part of the plate electrode 28. MISFETQp 1 , Qp 2 To supply. With this configuration, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 Since sufficient hydrogen atoms can be supplied to dangling bonds (dangling bonds) existing on the crystal grain boundary surface of the polycrystalline silicon film constituting the MISFET, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 The mutual conductance (Gm) is improved, and the characteristics of the SRAM memory cell MC are improved.
[0127]
Through the above steps, the SRAM memory cell MC shown in FIG. 1 is completed. Thereafter, the semiconductor chip 1 is sealed in a package with a resin (not shown).
[0128]
(Example 2)
MISFET Qp for load of memory cell MC of the first embodiment 1 , Qp 2 Has a so-called bottom gate structure in which a channel region, a source region, and a drain region are arranged on the upper portion of a gate electrode. 1 , Qp 2 Has a so-called top gate structure in which a gate electrode is arranged above the channel region, the source region, and the drain region.
[0129]
FIG. 19 is an overall schematic configuration (chip layout) diagram of the SRAM of this embodiment, and FIG. 20 is an enlarged schematic configuration diagram showing a part thereof.
[0130]
The main surface of the rectangular semiconductor chip 1 is not particularly limited. For example, an SRAM having a large capacity of 16 megabits (Mbit) is formed. The memory cell array of this SRAM has four memory blocks MB (MB 1 ~ MB Four Each memory block MB is composed of 32 subarrays SMA. Each subarray SMA is composed of memory cells of 1024 rows × 128 columns.
[0131]
A load circuit LOAD is disposed at one end of each memory block MB, and a Y selector circuit YSW, a Y decoder circuit YDEC, and a sense amplifier circuit SA are disposed at the other end. In addition, an X decoder circuit XDEC is arranged at the center of each memory block MB.
[0132]
As shown in FIG. 20, a word decoder circuit WDEC is arranged at one end of each subarray SMA constituting the memory block MB. The word decoder circuit WDEC is selected by the X decoder circuit XDEC via a main word line MWL extending in the column direction above the memory block MB.
[0133]
The word decoder circuit WDEC selects a word line WL extending in parallel with the sub word line SWL via a sub word line SWL extending in the column direction above the sub array SMA. The word line WL is arranged for each memory cell MC arranged in the column direction, and two word lines WL (first word line and second word line) to which the same selection signal is applied are provided to each memory cell MC. Is connected.
[0134]
A complementary data line DL extending in a direction (row direction) intersecting the main word line MWL, the sub word line SWL, and the word line WL is disposed on the subarray SMA. The complementary data lines DL include two data lines (first data lines DL) extending in parallel with each other. 1 Second data line DL 2 For each memory cell MC arranged in the row direction. One end of the complementary data line DL is connected to the load circuit LOAD, and the other end is connected to the sense amplifier circuit SA via the Y selector circuit YSW.
[0135]
As shown in FIGS. 19 and 20, the SRAM of this embodiment selects one of the word decoder circuits WDEC of the subarray SMA via the main word line MWL by the X decoder circuit XDEC, and this selected word decoder. The circuit WDEC uses the word line WL (first word line WL) via the sub word line SWL. 1 And the second word line WL 2 ) Is selected. As will be described later, the word line WL is composed of a second-layer gate material, and the sub-word line SWL is composed of a first-layer wiring material.
[0136]
That is, the SRAM of the present embodiment has a set of word lines WL (first word lines WL) among a plurality of word lines WL extending on the subarray SMA. 1 And the second word line WL 2 ) Is selected by the word decoder circuit WDEC and the X decoder circuit XDEC, and this set of first word lines WL is adopted. 1 And the second word line WL 2 A double word line system is used in which the word decoder circuit WDEC is connected through the sub word line SWL.
[0137]
The X decoder circuit XDEC, Y selector circuit YSW, Y decoder circuit YDEC, sense amplifier circuit SA, load circuit LOAD, etc. arranged in each memory block MB constitute SRAM peripheral circuits. These peripheral circuits are formed of CMOS, and control information writing operation, holding operation, reading operation and the like of the memory cell MC.
[0138]
FIG. 21 is a cross-sectional view of the main part of the semiconductor substrate showing the memory cell MC of the SRAM of this embodiment, and FIGS. 22 to 28 show the pattern layout of the conductive layer constituting the memory cell MC separately for each conductive layer. It is a principal part top view.
[0139]
As shown in FIG. - The main surface of the semiconductor substrate 1 made of type silicon single crystal is p - A mold well 2 is formed and this p - On the main surface of the inactive region of the mold well 2, an element isolation field insulating film 4 made of a silicon oxide film is formed. Under this field insulating film 4, a p-type channel stopper region 5 for preventing inversion is formed.
[0140]
Transfer MISFETQt constituting SRAM memory cell MC 1 , Qt 2 , MISFET Qd for driving 1 , Qd 2 And load MISFETQp 1 , Qp 2 MISFET Qt for transfer 1 , Qt 2 And MISFET Qd for driving 1 , Qd 2 Each of which is p surrounded by the field insulating film 4. - MISFET Qp for load formed on the main surface of the active region of the mold well 2 1 , Qp 2 Is the MISFET Qd for driving 1 , Qd 2 It is formed in the upper layer.
[0141]
As shown in FIGS. 21 and 22, the driving MISFET Qd 1 , Qd 2 Consists of a gate insulating film 6, a gate electrode 7, a source region and a drain region. The source region and the drain region are n above the n-type semiconductor region 10. + A double diffusion drain structure in which a type semiconductor region 11 is formed. FIG. 21 shows two drive MISFETs Qd. 1 , Qd 2 Drive MISFET Qd 1 One of the semiconductor regions (10, 11) and the driving MISFET Qd 2 The gate electrode 7 and one semiconductor region (10, 11) are shown.
[0142]
MISFET Qd for driving 1 , Qd 2 The gate electrode 7 is formed in the first-layer gate material forming step, and is formed of, for example, a polycrystalline silicon film. In this polycrystalline silicon film, an n-type impurity (phosphorus or arsenic) is introduced in order to reduce the resistance value. An insulating film 8 for electrically separating the gate electrode 7 from the upper conductive layer is formed on the gate electrode 7. The insulating film 8 is made of, for example, a silicon oxide film.
[0143]
As shown in FIGS. 21 and 23, the transfer MISFET Qt of the memory cell MC. 1 , Qt 2 P is surrounded by the field insulating film 4 - It is formed on the main surface of the active region of the mold well 2. MISFETQt for transfer 1 , Qt 2 Consists of a gate insulating film 12, a gate electrode 13A, a source region and a drain region. The source region and the drain region are composed of a low impurity concentration n-type semiconductor region 17 and a high impurity concentration n-type semiconductor region 17. + And a type semiconductor region 18. That is, the transfer MISFET Qt 1 , Qd 2 The source region and drain region of each have an LDD structure. FIG. 21 shows two transfer MISFETs Qt. 1 , Qt 2 MISFET Qt for transfer 1 The gate insulating film 12, the gate electrode 13A, and one semiconductor region (17, 18) are shown.
[0144]
Transfer MISFETQt 1 , Qt 2 The gate electrode 13A is formed in the second-layer gate material forming step, and is made of, for example, a polycide film. An n-type impurity (phosphorus or arsenic) is introduced into the polycrystalline silicon film constituting a part of the polycide film in order to reduce its resistance value. The gate electrode 13A is configured integrally with the word line WL. That is, the transfer MISFET Qt 1 The gate electrode 13A of the first word line WL 1 MISFET Qt for transfer 2 The gate electrode 13A of the second word line WL 2 It is composed integrally with.
[0145]
An insulating film 15 for electrically separating the gate electrode 13A from the upper conductive layer is formed on the gate electrode 13A. The insulating film 15 is made of, for example, a silicon oxide film. Further, a sidewall spacer 16 made of a silicon oxide film is formed on the side wall in the gate length direction of the gate electrode 13A.
[0146]
As shown in FIGS. 21 and 24, the driving MISFET Qd 1 , Qd 2 And the transfer MISFETQt 1 , Qt 2 In the upper layer, a reference voltage line (V SS 40A is arranged. This reference voltage line (V SS 40A is a driving MISFET Qd 1 , Qd 2 Drive MISFET Qd through contact hole 14 formed in the same insulating film as gate insulating film 6 of 1 , Qd 2 Source region (n + Type semiconductor region 11). Reference voltage line (V SS 40A is formed in the third-layer gate material forming step, and the transfer MISFETQt 1 , Qt 2 Like the gate electrode 13A, for example, a polycide film is used. An n-type impurity (phosphorus or arsenic) is introduced into the polycrystalline silicon film constituting a part of the polycide film in order to reduce the resistance value.
[0147]
Transfer MISFETQt 1 , Qt 2 N of + On the upper layer of the type semiconductor region 18 (drain region), a reference voltage line (V SS ) A pad layer 40B formed of the same third-layer gate material as 40A is disposed. This pad layer 40B is composed of a transfer MISFET Qt. 1 , Qt 2 N through the contact hole 22 formed in the same insulating film as the gate insulating film 12 + It is connected to the type semiconductor region 18 (drain region).
[0148]
As shown in FIGS. 21 and 25, the load MISFET Qp of the memory cell MC 1 , Qp 2 MISFET Qp for load 1 Is the MISFET Qd for driving 2 MISFET Qp for load 2 Is the MISFET Qd for driving 1 It is arranged on the area. MISFET Qp for load 1 , Qp 2 Each of these comprises a p-type source region 41P, a drain region 41P, an n-type channel region 41N, a gate insulating film 42, and a gate electrode 43. FIG. 21 shows the load MISFET Qp. 1 Source region 41P, drain region 41P, channel region 41N and gate insulating film 42, and load MISFET Qp 2 The gate electrode 43 is shown.
[0149]
MISFET Qp for load 1 The channel region 41N is connected to the driving MISFET Qd via the insulating film 44 and the insulating film 45. 2 It is formed in the upper layer. MISFET Qp for load 2 The channel region 41N of the MISFET Qd for driving is interposed through the insulating film 44 and the insulating film 45. 1 It is formed in the upper layer. The insulating film 44 and the insulating film 45 are made of, for example, a silicon oxide film.
[0150]
MISFET Qp for load 1 , Qp 2 Each of the channel regions 41N is formed in the fourth-layer gate material forming step, and is made of, for example, a polycrystalline silicon film. On part (source side) or the entire surface of this polycrystalline silicon film, a load MISFET Qp 1 , Qp 2 An n-type impurity (for example, P) is introduced to set the threshold voltage of the enhancement type to the enhancement type.
[0151]
MISFET Qp for load 1 , Qp 2 A drain region 41P is formed on one end side of each channel region 41N, and a source region 41P is formed on the other end side. The drain region 41P and the source region 41P are composed of the same fourth-layer gate material (polycrystalline silicon film) as the channel region 41N, and are configured integrally with the channel region 41N. Of the fourth-layer gate material, p-type impurities (boron) are introduced into the polycrystalline silicon film in the regions constituting the drain region 41P and the source region 41P.
[0152]
MISFET Qp for load 1 , Qp 2 Each of the gate insulating films 42 of the MISFET Qp for load 1 , Qp 2 The channel region 41N, the drain region 41P, and the source region 41P are formed on the polycrystalline silicon film. The gate insulating film 42 is made of, for example, a silicon oxide film having a thickness of about 10 to 60 nm.
[0153]
As shown in FIGS. 21 and 26, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 Each of the gate electrodes 43 is formed in an upper layer of the gate insulating film 42.
[0154]
The gate electrode 43 is formed in the fifth-layer gate material forming step, and is composed of, for example, a polycrystalline silicon film. In this polycrystalline silicon film, an n-type impurity (for example, phosphorus) is introduced in order to reduce the resistance value.
[0155]
MISFET Qp for load 1 , Qp 2 The power supply voltage (V CC ) MISFET Qp for load to which is applied 1 , Qp 2 In the OFF state, a strong electric field is applied between the gate electrode 43 and the drain region 41P in the state of the reference voltage (Vss) below the gate electrode 43, so that a leakage current is generated between the source region 41P and the drain region 41P. In order to prevent problems that occur, the drain region 41P and the gate electrode 43 are separated from each other via the channel region 41N. That is, MISFET Qp for load 1 , Qp 2 Has a so-called offset structure in which the drain region 41P and the gate electrode 43 are separated without overlapping. FIG. 27 shows the load MISFET Qp. 1 , Qp 2 The offset area 41off is shown in a shaded pattern.
[0156]
MISFET Qp for load 1 , Qp 2 MISFET Qp for load 1 The gate electrode 43 is connected to the driving MISFET Qd through the contact hole 46. 2 One semiconductor region (drain region) 11 (transfer MISFET Qt 2 Is connected to one of the semiconductor regions 18). Although not shown in FIG. 21, similarly, the load MISFET Qp 2 The gate electrode 43 is connected to the driving MISFET Qd through a contact hole 46 formed by opening the gate insulating film 42, the insulating film 45, the insulating film 8, and the like. 1 One semiconductor region (drain region) 11 (transfer MISFET Qt 1 Is connected to one of the semiconductor regions 18).
[0157]
MISFET Qp for load 2 Gate electrode 43 and driving MISFET Qd 1 One semiconductor region (drain region) 11 (transfer MISFET Qt 1 The load MISFET Qp is formed on the side wall of the contact hole 46 that is connected to one of the semiconductor regions 18). 1 The exposed drain region 41P is exposed, and the exposed drain region 41P and the gate electrode 43 are electrically connected by the wall surface of the side wall of the contact hole 46. Further, the drive MISQd is provided on the side wall of the contact hole 46. 2 The main surface of one end of the gate electrode 7 is exposed, and the exposed gate electrode 7 and the load MISFET Qp 2 The gate electrode 43 is electrically connected to the wall surface of the side wall of the contact hole 46.
[0158]
That is, MISFET Qp for load 2 Gate electrode 43 and driving MISFET Qd 1 One semiconductor region (drain region) 11 (transfer MISFET Qt 1 One semiconductor region 18) and a load MISFET Qp 1 Drain region 41P and driving MISQd 2 The gate electrodes 7 are connected to each other through one contact hole 46.
[0159]
Although not shown in FIG. 21, similarly, the load MISFET Qp 1 Gate electrode 43 and driving MISFET Qd 2 One semiconductor region (drain region) 11 (transfer MISFET Qt 2 The load MISFET Qp is formed on the side wall of the contact hole 46 connecting to one of the semiconductor regions 18). 2 The exposed drain region 41P is exposed, and the exposed drain region 41P and the gate electrode 43 are electrically connected by the wall surface of the side wall of the contact hole 46. Further, on the side wall of the contact hole 46, a driving MISFET Qd 1 The main surface of one end of the gate electrode 7 is exposed, and the exposed gate electrode 7 and the load MISFET Qp 1 The gate electrode 43 is electrically connected to the wall surface of the side wall of the contact hole 46.
[0160]
That is, MISFET Qp for load 1 Gate electrode 43 and driving MISFET Qd 2 One semiconductor region (drain region) 11 (transfer MISFET Qt 2 One semiconductor region 18) and a load MISFET Qp 2 Drain region 41P and driving MISQd 1 The gate electrodes 7 are connected to each other through one contact hole 46.
[0161]
As shown in FIGS. 21 and 27, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 A plate electrode 48 is disposed above the gate electrode 43 with an insulating film 47 interposed therebetween. The plate electrode 48 is formed in the sixth-layer gate material forming step, and is composed of, for example, a polycrystalline silicon film. An n-type impurity (for example, P) is introduced into the polycrystalline silicon film. The plate electrode 48 is formed so as to cover the entire area of the memory cell MC. The plate electrode 48 is used for the power supply voltage (V CC ) It is connected to the. In the SRAM memory cell MC of this embodiment, the power supply voltage (Vcc) and the second power supply voltage (Vcc) shown in FIG. 1 ) Is commonly used.
[0162]
The SRAM memory cell MC of this embodiment includes two capacitive elements C. 1 , C 2 Is provided. In the case of the SRAM of this embodiment, this capacitive element C 1 , C 2 Is the load MISFETQp 1 , Qp 2 And the plate electrode 48. That is, this capacitive element C 1 , C 2 Is the load MISFETQp 1 , Qp 2 The gate electrode 43 is a first electrode, the plate electrode 48 is a second electrode, and the insulating film 47 between the gate electrode 43 and the plate electrode 48 is a dielectric film. The insulating film 47 is composed of, for example, a laminated film of a silicon oxide film having a thickness of about 5 to 30 nm and a silicon nitride film having a thickness of about 3 to 10 nm. In the present embodiment, the capacitive element C is formed between the upper surface (entire surface) and the side surface of the gate electrode 43 and the plate electrode 48. 1 , C 2 Can be formed.
[0163]
As described above, the SRAM of this embodiment has the load MISFET Qp. 1 , Qp 2 Between the gate electrode 43 and the large-area plate electrode 48 covering the upper portion of the gate electrode 43 1 , C 2 The capacitive element C 1 , C 2 Can be increased in capacity, and the resistance to α-ray soft error of the memory cell MC can be greatly improved.
[0164]
An aperture 49A and an aperture 49B are formed in a part of the plate electrode 48. The opening 49A is a load MISFET Qp. 1 , Qp 2 The drain electrode 41 </ b> P is formed on the drain region 41 </ b> P so that the plate electrode 48 does not cover the offset region 41 off. The opening 49B is formed in the upper part of the pad layer 40B formed in the same third-layer gate material forming step as the reference voltage line 40A (Vss).
[0165]
As described above, the SRAM of this embodiment has the load MISFET Qp. 1 , Qp 2 An opening 49A is formed in the plate electrode 48 on the upper side of the drain region 41P, and the offset region 41off and the plate electrode 48 are separated from each other through the opening 49A. With this configuration, the power supply voltage (V CC ) MISFET Qp for load to which is applied 1 , Qp 2 In the OFF state, it is possible to prevent a strong electric field from being applied between the plate electrode 48 and the offset region 41off, thereby preventing a leak current from being generated between the source region 41P and the drain region 41P due to the strong electric field. The stable operation of the memory cell MC can be ensured.
[0166]
Note that the other opening 49B formed in the plate electrode 48 includes a pad layer 40B below the plate electrode 48 and a complementary data line DL (first data line DL) above the plate electrode 48. 1 And the second data line DL 2 ) Are openings provided so as to be connected to the plate electrode 48 without short-circuiting.
[0167]
As shown in FIGS. 21 and 28, a sub word line SWL is arranged above the plate electrode 48 with an interlayer insulating film 50 interposed therebetween. The sub word line SWL is formed in the first layer wiring material forming step, and is composed of, for example, a laminated film of a barrier metal film and a refractory metal film. The barrier metal is made of, for example, titanium tungsten (TiW), and the refractory metal is made of, for example, tungsten (W). The interlayer insulating film 50 is composed of, for example, a laminated film of a silicon oxide film and a BPSG film.
[0168]
Transfer MISFETQt 1 , Qt 2 An intermediate conductive layer 51 formed of the same first-layer wiring material as that of the sub word line SWL is disposed on the upper layer of one of the semiconductor regions (drain regions) 18. The intermediate conductive layer 51 is connected to the transfer MISFET Qt through the interlayer insulating film 50, the insulating film 47, the insulating film 45, and the contact hole 52 formed in the insulating film 44. 1 , Qt 2 Are connected to the pad layer 40B formed on one of the semiconductor regions (drain regions) 18.
[0169]
A complementary data line DL is disposed above the sub word line SWL and the intermediate conductive layer 51 via a second-layer interlayer insulating film 53. The complementary data line DL is connected to the intermediate conductive layer 51 through a contact hole 54 opened in the interlayer insulating film 53. The complementary data line DL is formed in the second-layer wiring material forming step, and includes, for example, a three-layer film in which a barrier metal film, an aluminum alloy film, and a barrier metal film are sequentially stacked. The barrier metal is made of, for example, TiW, and the aluminum alloy is made of, for example, aluminum to which Cu and Si are added. The interlayer insulating film 53 is made of, for example, a three-layer film in which a silicon oxide film, a spin-on-glass film, and a silicon oxide film are sequentially stacked. This silicon oxide film is formed by a plasma CVD method using oxygen and tetraethoxysilane as source gases.
[0170]
The complementary data line DL is connected to the transfer MISFET Qt of the memory cell MC. 1 , Qt 2 Is connected to one semiconductor region (drain region) 18. Of the complementary data lines DL, the first data line DL 1 Transfer MISFETQt 1 Is connected to one semiconductor region (drain region) 18. Although not shown, similarly, the second data line DL 2 Transfer MISFETQt 2 Is connected to one semiconductor region (drain region) 18. Complementary data line DL and transfer MISFETQt 1 , Qt 2 The connection to one of the semiconductor regions (drain regions) 18 is made through the intermediate conductive layer 51 and the pad layer 40B.
[0171]
A main word line MWL is arranged above the complementary data line DL via a third-layer interlayer insulating film 55. The main word line MWL is formed in the third-layer wiring material forming step, and is composed of, for example, a three-layer film in which the same barrier metal film, aluminum alloy film, and barrier metal film as the second-layer wiring material are sequentially stacked. . The interlayer insulating film 55 is composed of, for example, a four-layer film in which a silicon oxide film, a silicon oxide film, a spin-on glass film, and a silicon oxide film are sequentially stacked. This silicon oxide film is formed by a plasma CVD method using oxygen and tetraethoxysilane as source gases.
[0172]
A final passivation film 56 is formed on the main word line MWL. The final passivation film 56 is composed of, for example, a four-layer film in which a silicon oxide film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a polyimide resin film are sequentially stacked. The silicon oxide film is formed by a plasma CVD method using oxygen and tetraethoxysilane as source gases, and the silicon nitride film is formed by a plasma CVD method using monosilane and nitrogen (or ammonia) as source gases.
[0173]
In this embodiment, as in the first embodiment, hydrogen annealing is performed during the process of depositing the final passivation film 56, and the load MISFET Qp 1 , Qp 2 Hydrogen is supplied to the polycrystalline silicon film constituting the film. By this hydrogen annealing, the load MISFET Qp is passed through the interlayer insulating film 55, the interlayer insulating film 53, and the interlayer insulating film 50. 1 , Qp 2 Hydrogen is supplied to the polycrystalline silicon film constituting the film.
[0174]
As described above, the SRAM of the present embodiment has the load MISFET Qp through the opening 49A provided in part of the plate electrode 48 with the hydrogen supplied in the hydrogen annealing step and the hydrogen contained in the interlayer insulating films 55 and 53. 1 , Qp 2 To supply. With this configuration, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 Since sufficient hydrogen atoms can be supplied to dangling bonds (dangling bonds) existing on the crystal grain boundary surface of the polycrystalline silicon film constituting the MISFET, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 The mutual conductance (Gm) is improved, and the characteristics of the SRAM memory cell MC are improved.
[0175]
Example 3
FIG. 29 is a plan view of the principal part showing the pattern layout of the plate electrode of the present embodiment formed in the fifth-layer gate material forming step, and FIG. 30 shows the arrangement of the plate electrode and the load MISFET below it It is a schematic sectional drawing shown typically.
[0176]
As shown in FIGS. 29 and 30, the SRAM memory cell MC of the present embodiment is different from that of the first embodiment in the shape of the opening 29A provided in the plate electrode 28 (Vcc). In other words, the opening 29A has a load MISFET Qp. 1 , Qp 2 The channel region 26N is provided over the entire area. This opening 29A is similar to that of the first embodiment in that the plate electrode 28 (Vcc) is connected to the load MISFET Qp. 1 , Qp 2 The channel region 26N is provided so as not to be covered.
[0177]
According to the third embodiment having the opening 29A having the above-described shape, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the load MISFET Qp in which the reference voltage (Vss) is applied to the gate electrode 23A. 1 , Qp 2 In the ON state, since the electric field from the plate electrode 28 located above the channel region 26N does not affect the channel region 26N, the current (ON current) between the source region 26P and the drain region 26P is improved. Can be made. That is, with this configuration, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 Since the ON current can be improved and the OFF current can be reduced, the load MISFET Qp 1 , Qp 2 The stable operation of the memory cell MC can be ensured by improving the ON current / OFF current ratio.
[0178]
The invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Not too long.
[0179]
In the first embodiment, when the polycrystalline silicon film on the dielectric film is etched to form the plate electrode, the silicon nitride film which is a part of the dielectric film is removed at the same time, but this silicon nitride film is not necessarily removed. It is not necessary to do this, and a part of it may remain without being etched.
[0180]
The opening formed in the plate electrode is not limited to the square pattern as shown in FIGS. 8 and 29, and may be a pattern as shown in FIGS. 31 and 32, for example. By forming the opening 29A in a band-like pattern as shown in FIG. 32, the mask alignment margin when forming the opening 29A can be increased.
[0181]
In the first to third embodiments, the memory cell MC in which the plate electrode is formed in the upper layer of the load MISFET has been described. However, the plate electrode may be disposed in the lower layer of the load MISFET. That is, in the first or third embodiment, the gate electrode of the driving MISFET is configured by the first conductive film formed on the main surface of the semiconductor substrate, and the second conductive film formed on the main surface of the semiconductor substrate. The gate electrode of the transfer MISFET is constituted, the plate electrode is formed by the third conductive film formed on the first and second conductive films, and the load MISFET is formed by the fourth conductive film formed on the third conductive film. And the channel region, the source region, and the drain region of the load MISFET are formed by the fifth conductive film formed on the fourth conductive film, and the capacitive element is provided between the load MISFET and the plate electrode. In addition, an opening may be formed in the plate electrode at least under the region where the offset region of the load MISFET is formed.
[0182]
Alternatively, in the second embodiment, the gate electrode of the driving MISFET is configured by the first conductive film formed on the main surface of the semiconductor substrate, and the transfer MISFET is formed by the second conductive film formed on the main surface of the semiconductor substrate. A gate electrode is formed, a plate electrode is formed with a third conductive film formed on the first and second conductive films, a channel region of the load MISFET is formed with a fourth conductive film formed on the third conductive film, A source region and a drain region are configured, a gate electrode of the load MISFET is configured by the fifth conductive film formed on the fourth conductive film, and a capacitive element is configured between the load MISFET and the plate electrode. Alternatively, an opening may be formed in the plate electrode at least under the region where the offset region or channel region of the load MISFET is formed.
[0183]
In the first and third embodiments, the second power supply voltage (Vcc 1 ) To the same voltage as the power supply voltage (Vcc), but the second power supply voltage (Vcc) 1 ) May be a voltage different from the power supply voltage (Vcc). For example, the second power supply voltage (Vcc 1 ) To 1/2 Vcc, the storage node n shown in FIG. 1 , n 2 Capacity can be attached to either of them.
[0184]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed by the present application will be briefly described as follows.
[0185]
(1) According to the present invention, a capacitive element can be formed between the load MISFET and a large-area plate electrode covering the load MISFET, so that a capacitive element can be formed. The α-ray soft error resistance of the memory cell can be improved.
[0186]
(2) According to the present invention, an opening is formed in the plate electrode on the drain region of the load MISFET, and the offset region and the plate electrode are separated from each other so that when the power supply voltage is turned OFF, Application of a strong electric field can be avoided. As a result, leakage current between the source region and the drain region due to this strong electric field can be prevented and the OFF current can be reduced, so that the ON current / OFF current ratio is improved and the stable operation of the memory cell is ensured. can do.
[0187]
(3) According to the present invention, when power is supplied to the plate electrode from the outside of the memory cell array, when power noise enters the semiconductor chip on which the SRAM is formed from the outside, the power noise is supplied to the memory cell. Since direct influence can be avoided, stable operation of the memory cell can be ensured.
[0188]
(4) According to the present invention, by forming a part of the insulating film constituting the dielectric film of the capacitive element with a silicon nitride film having a higher withstand voltage than the silicon oxide film, the dielectric film is formed into a silicon oxide film. Since the thickness can be reduced as compared with a single layer structure, the capacitance of the capacitor can be increased.
[0189]
(5) According to the present invention, the upper layer of the load MISFET is covered with a dielectric film including a silicon nitride film having a higher water resistance than the silicon oxide film, thereby suppressing fluctuations in the characteristics of the load MISFET due to moisture intrusion. Therefore, stable operation of the memory cell can be ensured.
[0190]
(6) According to the present invention, since the dielectric film is formed after removing a part of the gate insulating film on the gate electrode of the load MISFET, the dielectric film can be thinned, and the capacitive element Capacity can be increased.
[0191]
(7) According to the present invention, hydrogen atoms are supplied to dangling bonds (dangling bonds) existing on the grain boundary surface of the polycrystalline silicon film constituting the load MISFET through the openings provided in the plate electrode. As a result, the mutual conductance (Gm) of the load MISFET can be improved.
[0192]
(8) According to the present invention, when the plate electrode covering the memory cell array is formed, the silicon nitride film constituting a part of the dielectric film underneath is simultaneously etched to remove the silicon nitride film on the peripheral circuit. As a result, fluctuations in the threshold voltage of the peripheral circuit (a MISFET constituting the peripheral circuit) due to the provision of a silicon nitride film that hardly allows hydrogen to pass over the peripheral circuit can be suppressed, so that stable operation of the SRAM is ensured. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a principal part of a semiconductor substrate showing a memory cell of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a principal part showing a pattern layout of a memory cell of a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a plan view of a principal part showing a pattern layout of a memory cell of a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a plan view of relevant parts showing a pattern layout of memory cells of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a plan view of relevant parts showing a pattern layout of memory cells of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a plan view of a principal part showing a pattern layout of a memory cell of a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view schematically showing the arrangement of a load MISFET and a plate electrode formed thereon.
FIG. 8 is a plan view of relevant parts showing a pattern layout of a memory cell array in a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention;
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of a memory cell in a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
10 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 11 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention;
FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate showing the method of manufacturing the semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention;
FIG. 13 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention;
FIG. 14 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention;
FIG. 15 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate showing the method of manufacturing the semiconductor integrated circuit device which is one embodiment of the present invention;
FIG. 16 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention;
FIG. 17 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention;
18 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 19 is an overall schematic configuration (chip layout) diagram of a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention;
20 is an enlarged schematic configuration (chip layout) diagram showing a part of FIG. 19; FIG.
FIG. 21 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a memory cell of a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention;
FIG. 22 is a plan view of relevant parts showing a pattern layout of a memory cell in a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention;
FIG. 23 is a plan view of relevant parts showing a pattern layout of a memory cell in a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention;
FIG. 24 is a plan view of relevant parts showing a pattern layout of a memory cell in a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention;
FIG. 25 is a plan view of relevant parts showing a pattern layout of a memory cell of a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention;
FIG. 26 is a plan view of relevant parts showing a pattern layout of a memory cell in a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention;
FIG. 27 is a plan view of relevant parts showing a pattern layout of a memory cell in a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention;
FIG. 28 is a plan view of relevant parts showing a pattern layout of memory cells in a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention;
FIG. 29 is a plan view of relevant parts showing a pattern layout of memory cells in a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention;
FIG. 30 is a schematic cross-sectional view schematically showing an arrangement of a load MISFET and a plate electrode formed thereon.
FIG. 31 is a plan view of relevant parts showing a pattern layout of a memory cell array in a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention;
FIG. 32 is a plan view of relevant parts showing a pattern layout of a memory cell array in a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention;
[Explanation of symbols]
1 Semiconductor substrate (semiconductor chip)
2 p - Type well
3 areas
4 Field insulation film
5 p-type channel stopper region
6 Gate insulation film
7 Gate electrode
8 Insulating film
9 Sidewall spacer
10 n-type semiconductor region
11 n + Type semiconductor region
12 Gate insulation film
13A Gate electrode
13B Reference voltage line (V SS )
14 Contact hole
15 Insulating film
16 Sidewall spacer
17 n-type semiconductor region
18 n + Type semiconductor region
21 Insulating film
22 Contact hole
23A Gate electrode
23B pad layer
24 Gate insulation film
25 Contact hole
26N channel region
26off offset area
26P source area
26P drain region
26P power supply voltage line (V CC )
27 Insulating film
28 Plate electrode
29A opening
29B opening
29C contact hole
30 guard ring
31 Insulating film
32 Interlayer insulation film
33 Intermediate conductive layer
34 Contact hole
35 Interlayer insulation film
36 Contact hole
37 Final passivation film
40A Reference voltage line (V SS )
40B pad layer
41N channel region
41off offset area
41P source region
41P drain region
42 Gate insulation film
43 Gate electrode
44 Insulating film
45 Insulating film
46 Contact hole
47 Insulating film
48 Plate electrode
49A opening
49B opening
50 Interlayer insulation film
51 Intermediate conductive layer
52 Contact hole
53 Interlayer insulation film
54 Contact hole
55 Interlayer insulation film
56 Final passivation film
C 1 Capacitance element
C 2 Capacitance element
DL complementary data line
DL 1 First data line
DL 2 Second data line
MC memory cell
MWL main word line
Qd 1 MISFET for driving
Qd 2 MISFET for driving
Qp 1 MISFET for load
Qp 2 MISFET for load
Qt 1 MISFET for transfer
Qt 2 MISFET for transfer
SWL sub word line
WL Word line
WL 1 1st word line
WL 2 Second word line
LOAD load circuit
MB memory block
MB 1 ~ MB Four Memory block
SA sense amplifier circuit
SMA subarray
WDEC word decoder circuit
XDEC X decoder circuit
YDEC Y decoder circuit
YSW Y selector circuit

Claims (10)

ワード線で制御される転送用MISFETと、駆動用MISFETおよび負荷用MISFETからなるフリップフロップ回路とでメモリセルを構成したSRAMを有する半導体集積回路装置であって、半導体基板の主面上に形成した第1導電膜で前記駆動用MISFETのゲート電極を構成し、前記半導体基板の主面上に形成した第2導電膜で前記転送用MISFETのゲート電極を構成し、前記第1および第2導電膜の上層に形成した第3導電膜で前記負荷用MISFETのゲート電極を構成し、前記第3導電膜の上層に形成した第4導電膜で前記負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を構成し、前記第4導電膜の上層に形成した第5導電膜でメモリセルアレイを覆うプレート電極を構成し、前記負荷用MISFETと前記プレート電極との間で容量素子を構成すると共に、少なくとも前記負荷用MISFETのドレイン領域側のチャネル領域上の前記プレート電極に開孔を設けたことを特徴とする半導体集積回路装置。A semiconductor integrated circuit device having an SRAM in which a memory cell is constituted by a transfer MISFET controlled by a word line and a flip-flop circuit composed of a driving MISFET and a load MISFET, which is formed on a main surface of a semiconductor substrate. The first conductive film constitutes the gate electrode of the driving MISFET, the second conductive film formed on the main surface of the semiconductor substrate constitutes the gate electrode of the transfer MISFET, and the first and second conductive films A gate electrode of the load MISFET is formed by a third conductive film formed on the upper layer, and a channel region, a source region, and a drain region of the load MISFET are formed by a fourth conductive film formed on the third conductive film. A plate electrode that covers the memory cell array with a fifth conductive film formed on the fourth conductive film, and the load MI Together constituting a capacitance element between the plate electrode and the FET, the semiconductor integrated circuit device which is characterized by providing an opening in said plate electrode on the channel region on the drain region side of at least the load MISFET. ワード線で制御される転送用MISFETと、駆動用MISFETおよび負荷用MISFETからなるフリップフロップ回路とでメモリセルを構成したSRAMを有する半導体集積回路装置であって、半導体基板の主面上に形成した第1導電膜で前記駆動用MISFETのゲート電極を構成し、前記半導体基板の主面上に形成した第2導電膜で前記転送用MISFETのゲート電極を構成し、前記第1および第2導電膜の上層に形成した第3導電膜で前記負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を構成し、前記第3導電膜の上層に形成した第4導電膜で前記負荷用MISFETのゲート電極を構成し、前記第4導電膜の上層に形成した第5導電膜でメモリセルアレイを覆うプレート電極を構成し、前記負荷用MISFETと前記プレート電極との間で容量素子を構成すると共に、少なくとも前記負荷用MISFETのドレイン領域側のチャネル領域上の前記プレート電極に開孔を設けたことを特徴とする半導体集積回路装置。A semiconductor integrated circuit device having an SRAM in which a memory cell is constituted by a transfer MISFET controlled by a word line and a flip-flop circuit composed of a driving MISFET and a load MISFET, which is formed on a main surface of a semiconductor substrate. The first conductive film constitutes the gate electrode of the driving MISFET, the second conductive film formed on the main surface of the semiconductor substrate constitutes the gate electrode of the transfer MISFET, and the first and second conductive films A channel region, a source region and a drain region of the load MISFET are constituted by a third conductive film formed on the upper layer, and a gate electrode of the load MISFET is formed by a fourth conductive film formed on the third conductive layer. A plate electrode that covers the memory cell array with a fifth conductive film formed on the fourth conductive film, and the load MI Together constituting a capacitance element between the plate electrode and the FET, the semiconductor integrated circuit device which is characterized by providing an opening in said plate electrode on the channel region on the drain region side of at least the load MISFET. ワード線で制御される転送用MISFETと、駆動用MISFETおよび負荷用MISFETからなるフリップフロップ回路とでメモリセルを構成したSRAMを有する半導体集積回路装置であって、半導体基板の主面上に形成した第1導電膜で前記駆動用MISFETのゲート電極を構成し、前記半導体基板の主面上に形成した第2導電膜で前記転送用MISFETのゲート電極を構成し、前記第1および第2導電膜の上層に形成した第3導電膜でメモリセルアレイを覆うプレート電極を形成し、前記第3導電膜の上層に形成した第4導電膜で前記負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を構成し、前記第4導電膜の上層に形成した第5導電膜で前記負荷用MISFETのゲート電極を構成し、前記負荷用MISFETと前記プレート電極との間で容量素子を構成すると共に、少なくとも前記負荷用MISFETのドレイン領域側のチャネル領域下の前記プレート電極に開孔を設けたことを特徴とする半導体集積回路装置。A semiconductor integrated circuit device having an SRAM in which a memory cell is constituted by a transfer MISFET controlled by a word line and a flip-flop circuit composed of a driving MISFET and a load MISFET, which is formed on a main surface of a semiconductor substrate. The first conductive film constitutes the gate electrode of the driving MISFET, the second conductive film formed on the main surface of the semiconductor substrate constitutes the gate electrode of the transfer MISFET, and the first and second conductive films A plate electrode covering the memory cell array is formed with a third conductive film formed on the upper layer, and a channel region, a source region, and a drain region of the load MISFET are configured with a fourth conductive film formed on the third conductive film. The fifth conductive film formed on the fourth conductive film constitutes the gate electrode of the load MISFET, and the load MI Together constituting a capacitance element between the plate electrode and the FET, the semiconductor integrated circuit device which is characterized by providing an opening in said plate electrode under the channel region on the drain region side of at least the load MISFET. ワード線で制御される転送用MISFETと、駆動用MISFETおよび負荷用MISFETからなるフリップフロップ回路とでメモリセルを構成したSRAMを有する半導体集積回路装置であって、半導体基板の主面上に形成した第1導電膜で前記駆動用MISFETのゲート電極を構成し、前記半導体基板の主面上に形成した第2導電膜で前記転送用MISFETのゲート電極を構成し、前記第1および第2導電膜の上層に形成した第3導電膜でメモリセルアレイを覆うプレート電極を形成し、前記第3導電膜の上層に形成した第4導電膜で前記負荷用MISFETのゲート電極を構成し、前記第4導電膜の上層に形成した第5導電膜で前記負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を構成し、前記負荷用MISFETと前記プレート電極との間で容量素子を構成すると共に、少なくとも前記負荷用MISFETのドレイン領域側のチャネル領域下の前記プレート電極に開孔を設けたことを特徴とする半導体集積回路装置。A semiconductor integrated circuit device having an SRAM in which a memory cell is constituted by a transfer MISFET controlled by a word line and a flip-flop circuit composed of a driving MISFET and a load MISFET, which is formed on a main surface of a semiconductor substrate. The first conductive film constitutes the gate electrode of the driving MISFET, the second conductive film formed on the main surface of the semiconductor substrate constitutes the gate electrode of the transfer MISFET, and the first and second conductive films A plate electrode covering the memory cell array is formed by a third conductive film formed on the upper layer, a gate electrode of the load MISFET is formed by a fourth conductive film formed on the third conductive film, and the fourth conductive film is formed. A channel region, a source region and a drain region of the load MISFET are constituted by a fifth conductive film formed on the upper layer of the film, and the load MI Together constituting a capacitance element between the plate electrode and the FET, the semiconductor integrated circuit device which is characterized by providing an opening in said plate electrode under the channel region on the drain region side of at least the load MISFET. 前記プレート電極にメモリセルアレイの外部から電源電圧を供給することを特徴とする請求項1、2、3または4記載の半導体集積回路装置。5. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein a power supply voltage is supplied to the plate electrode from outside the memory cell array. 前記容量素子の誘電体膜の少なくとも一部を窒化シリコン膜で構成したことを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置。2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein at least a part of the dielectric film of the capacitive element is formed of a silicon nitride film. 前記プレート電極に前記開孔を形成した後、前記開孔の底部の前記窒化シリコン膜を除去し、その後、水素化アニール処理により、前記開孔を通じて前記負荷用MISFETを構成する導電膜に水素を供給することを特徴とする請求項6記載の半導体集積回路装置の製造方法。After forming the opening in the plate electrode, the silicon nitride film at the bottom of the opening is removed, and then hydrogen is applied to the conductive film constituting the load MISFET through the opening by hydrogenation annealing. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 6, wherein the semiconductor integrated circuit device is supplied. 前記開孔の底部の前記窒化シリコン膜を除去する際、周辺回路を形成する領域の前記窒化シリコン膜を同時に除去することを特徴とする請求項7記載の半導体集積回路装置の製造方法。8. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 7, wherein when the silicon nitride film at the bottom of the opening is removed, the silicon nitride film in a region for forming a peripheral circuit is simultaneously removed. 前記負荷用MISFETのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を構成する導電膜をエッチングした後、前記導電膜の下層の絶縁膜をエッチングして前記負荷用MISFETのゲート電極の一部を露出させ、次いで前記導電膜上に前記容量素子の誘電体膜を形成することを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置の製造方法。After etching the conductive film constituting the channel region, source region and drain region of the load MISFET, the insulating film under the conductive film is etched to expose a part of the gate electrode of the load MISFET, and 2. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein a dielectric film of the capacitive element is formed on the conductive film. 前記負荷用MISFETのドレイン領域は、チャネル領域を介してゲート電極と離隔されたオフセット構造で構成されることを特徴とする請求項1、2、3または4記載の半導体集積回路装置の製造方法。5. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein a drain region of the load MISFET has an offset structure separated from a gate electrode through a channel region.
JP17957593A 1993-02-19 1993-07-21 Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP3779734B2 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17957593A JP3779734B2 (en) 1993-02-19 1993-07-21 Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof
US08/190,596 US5508540A (en) 1993-02-19 1994-02-02 Semiconductor integrated circuit device and process of manufacturing the same
KR1019940002010A KR100306443B1 (en) 1993-02-19 1994-02-03 Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof
US08/592,235 US5880497A (en) 1993-02-19 1996-01-26 Semiconductor integrated circuit device having capacitance element and process of manufacturing the same
KR1020000070872A KR100355118B1 (en) 1993-02-19 2000-11-27 Semiconductor integrated circuit device and process of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5-29510 1993-02-19
JP2951093 1993-02-19
JP17957593A JP3779734B2 (en) 1993-02-19 1993-07-21 Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06302785A JPH06302785A (en) 1994-10-28
JP3779734B2 true JP3779734B2 (en) 2006-05-31

Family

ID=26367721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17957593A Expired - Fee Related JP3779734B2 (en) 1993-02-19 1993-07-21 Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3779734B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3852729B2 (en) 1998-10-27 2006-12-06 富士通株式会社 Semiconductor memory device
JP4065694B2 (en) 2002-01-17 2008-03-26 株式会社ルネサステクノロジ Semiconductor memory device
JP5149617B2 (en) * 2004-04-01 2013-02-20 エーアールエム リミテッド SRAM memory cell with improved layout
JP2005039294A (en) * 2004-10-15 2005-02-10 Fujitsu Ltd Semiconductor memory device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06302785A (en) 1994-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100306443B1 (en) Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof
US6043118A (en) Semiconductor memory circuit device and method for fabricating a semiconductor memory device circuit
KR100199258B1 (en) Semiconductor integrated circuit device
KR100544943B1 (en) Semiconductor integrated circuit device and process for manufacturing the same
KR100344488B1 (en) Semiconductor integrated circuit device
JP3718058B2 (en) Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device
US5444012A (en) Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device having a fuse element
JP3813638B2 (en) Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof
US6812542B2 (en) Electric fuse whose dielectric breakdown resistance is controlled by injecting impurities into an insulating film of a capacitor structure, and a method for manufacturing the same
US6825091B2 (en) Semiconductor memory device and method of manufacturing same
US6900513B2 (en) Semiconductor memory device and manufacturing method thereof
US6734479B1 (en) Semiconductor integrated circuit device and the method of producing the same
JP3779734B2 (en) Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof
JP2689923B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US6638817B2 (en) Method for fabricating dram cell array not requiring a device isolation layer between cells
JPH1187650A (en) Manufacture of semiconductor integrated circuit device
JPH1187651A (en) Semiconductor integrated circuit device and method for manufacturing the same
JPH098244A (en) Semiconductor device and its manufacture
JP3631549B2 (en) Semiconductor integrated circuit device
JPH11121712A (en) Semiconductor integrated circuit device and manufacture thereof
JP3070537B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH06268177A (en) Semiconductor integrated circuit device and its manufacture
JP3381935B2 (en) Semiconductor integrated circuit device
JP3425157B2 (en) Semiconductor memory circuit device and method of manufacturing the same
KR0150407B1 (en) Semiconductor integrated circuit device and its fabrication method

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20050315

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060207

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060303

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees