JP4923871B2 - 半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体記憶装置およびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4923871B2
JP4923871B2 JP2006235481A JP2006235481A JP4923871B2 JP 4923871 B2 JP4923871 B2 JP 4923871B2 JP 2006235481 A JP2006235481 A JP 2006235481A JP 2006235481 A JP2006235481 A JP 2006235481A JP 4923871 B2 JP4923871 B2 JP 4923871B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
drain
type source
channel transistor
gate electrode
region
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
JP2006235481A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2008060321A (ja
Inventor
克彦 深作
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony 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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2006235481A priority Critical patent/JP4923871B2/ja
Publication of JP2008060321A publication Critical patent/JP2008060321A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4923871B2 publication Critical patent/JP4923871B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

本発明は、半導体記憶装置およびその製造方法に関し、特に、SRAM(Static Random Access Memory)メモリセルを有する半導体装置およびその製造方法に関する。
半導体記憶装置としては、たとえばDRAM(Dynamic Random Access Memory)およびSRAM(Static Random Access Memory)などが広く知られている。
SRAMのメモリセルは、いくつかのタイプが知られているが、たとえば、2つのPMOS(p−channel metal−oxide−semiconductor)トランジスタ(以降、PTrとも称する)である第1および第2ロードトランジスタと、4つのNMOS(n−channel metal−oxide−semiconductor)トランジスタ(以降、NTrとも称する)である第1および第2ドライバトランジスタおよび第1および第2転送トランジスタの計6つのMOSFET(MOS Field Effect Transistor)から構成される。
第1ロードトランジスタと第1ドライバトランジスタは、ドレインが一方の記憶ノードに、ゲートが他方の記憶ノードにそれぞれ接続されている。第1ロードトランジスタのソースは電源電圧に、第1ドライバトランジスタのソースは基準電位にそれぞれ接続されている。第1ロードトランジスタおよび第1ドライバトランジスタによって、他方の記憶ノードを入力し一方の記憶ノードを出力する1つのCMOSインバータが形成されている。
第2ロードトランジスタと第2ドライバトランジスタは、ドレインが他方の記憶ノードに、ゲートが一方の記憶ノードにそれぞれ接続されている。第2ロードトランジスタのソースは電源電圧に、第2ドライバトランジスタのソースは基準電位にそれぞれ接続されている。第2ロードトランジスタおよび第2ドライバトランジスタによって、一方の記憶ノードを入力し他方の記憶ノードを出力する1つのCMOSインバータが形成されている。
上述した第1ロードトランジスタと第1ドライバトランジスタによるCMOSインバータと、第2ロードトランジスタおよび第2ドライバトランジスタによるCMOSインバータとは、互いの入力および出力がリング状に接続されており、これにより1つの記憶回路が構成されている。
SRAMは、DRAMのような、トランジスタ以外にメモリ専用のキャパシタなどが必要となる半導体記憶装置に比較して、ピュアロジックプロセスとの親和性も良く、また、DRAMのような記憶データのリフレッシュ動作が不要なので周辺回路も簡易化でき、高速アクセスが可能である利点を有する。そのため、SRAMは、キャッシュメモリや携帯端末のメモリなどの高速性や簡易性が要求される比較的小容量の記憶装置として広く利用されている。
半導体の高性能化および高密度化に伴い、トランジスタのソースドレイン領域およびコンタクトホールは数十nmオーダーのサイズまで微細化され、たとえば、最小サイズが90nmの微小な径のコンタクトホールを形成することが知られている(非特許文献1参照)。
高密度化のために、SRAMのそれぞれのインバータを接続する領域において、ソースドレイン領域とコンタクトホールの境界がないボーダレスコンタクト構造や、コンタクトホールがSTI(Shallow Trench Isolation)型の素子分離絶縁膜上にのり上げる構造を形成する手法が知られている(非特許文献2参照)。さらに、微細化のために、ゲート電極とソースドレイン領域をコンタクトホールでつなぐ共通コンタクトホール構造(シェアードコンタクト構造)も知られており、これにより大幅にSRAMのセルサイズが縮小可能になってきている。
一方、微細化が進むにつれて、従来のスケーリングだけでトランジスタの能力向上を達成するのが難しいため、たとえば、ゲート長方向(ゲート電極の延伸方向と垂直な方向)に引っ張りまたは圧縮の応力を発生させる応力膜を用いることが知られている。応力膜により応力を印加することにより、チャネル部の電子移動度を高めて、高い駆動電流を確保してトランジスタの能力向上を図る技術が90nm世代以降注目されている。このとき、NTrにおいては引っ張り応力を、PTrには圧縮応力を与えて能力向上を図っている。応力膜としては、たとえば、高い応力を持つSiN膜を用いる方法が知られている(非特許文献3参照)。SiN膜は、コンタクトホールを形成する際のエッチングストップ層(コンタクトエッチングストップレイヤーとも称する)ともなりうる。
上記のようにSRAMのそれぞれのインバータを接続する際に、一方のインバータのロードトランジスタのソースドレイン領域(ドレイン領域)と、他方のインバータのロードトランジスタとドライバトランジスタに共通なゲート電極とを、共通コンタクトホール構造を形成して接続する。しかし、ゲート電極の上面からソースドレイン領域までコンタクトエッチングストップレイヤーの窒化膜が成膜されている場合、窒化膜は、ゲート電極上やソースドレイン領域上よりもサイドウォール上の方が薄く形成されることが多い。そのため、共通コンタクトホールを形成する際に、サイドウォール絶縁膜上の応力膜の一部を除去するために、その下層のサイドウォール絶縁膜の端部などがエッチングされて、コンタクトホールに埋め込まれる導電層とウェル領域が導通してしまい、リーク電流が流れてしまう可能性があった。
Utsumi et al, "A 65nm Low Power CMOS Platform with 0.495μm2 SRAM for Digital Processing and Mobile Applications", Technical Digest of Symposium on VLSI Technology, pp216-217, 2005 Miyashita et al, "A High Performance 100nm Generation SOC Technology [CMOSIV] for High Density Embedded Memory and Mixed Signal LSIs", Technical Digest of Symposium on VLSI Technology, pp 11-12, 2001 Sanuki et al, "High Density and Fully Compatible embedded DRAM cell with 45 nm CMOS Technology (CMOS6)", Technical Digest of Symposium on VLSI Technology, pp14-15, 2005
本発明の目的は、電流駆動能力を向上させ、リーク電流を防止する半導体記憶装置と、その製造方法を提供することにある。
上記の課題を解決するため、本発明の半導体記憶装置は、半導体基板の活性領域に形成された第1N型ソースドレインを有する第1Nチャネルトランジスタと第1P型ソースドレインを有する第1Pチャネルトランジスタを有して第1記憶ノードが構成される第1インバータと、前記半導体基板の活性領域に形成された第2N型ソースドレインを有する第2Nチャネルトランジスタと第2P型ソースドレインを有する第2Pチャネルトランジスタを有して第2記憶ノードが構成される第2インバータとを有し、前記第1Nチャネルトランジスタと前記第1Pチャネルトランジスタを構成する第1ゲート電極が前記第2記憶ノードである前記第2P型ソースドレインまで延伸して当該第2P型ソースドレインに接続され、前記第2Nチャネルトランジスタと前記第2Pチャネルトランジスタを構成する第2ゲート電極が前記第1記憶ノードである前記第1P型ソースドレインまで延伸して当該第1P型ソースドレインに接続されているメモリセルが複数個集積された半導体記憶装置であって、前記第2P型ソースドレインと接続される領域の前記第1ゲート電極の上面と前記第2P型ソースドレインの表面との段差は、前記第1Nチャネルトランジスタにおける前記第1ゲート電極の上面と前記第1N型ソースドレイン表面との段差よりも低く、前記第1P型ソースドレインと接続される領域の前記第2ゲート電極の上面と前記第1P型ソースドレインの表面との段差は、前記第2Nチャネルトランジスタにおける前記第2ゲート電極の上面と前記第2N型ソースドレインの表面との段差よりも低く、前記第1Nチャネルトランジスタ、第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および第2Pチャネルトランジスタを被覆して、前記活性領域に対して応力を与える応力膜が形成されている。
上記の本発明の半導体記憶装置は、前記第2P型ソースドレインと接続される領域の前記第1ゲート電極の上面と前記第2P型ソースドレインの表面との段差が、前記第1Nチャネルトランジスタにおける前記第1ゲート電極の上面と前記第1N型ソースドレイン表面との段差よりも低く、前記第1P型ソースドレインと接続される領域の前記第2ゲート電極の上面と前記第1P型ソースドレインの表面との段差が、前記第2Nチャネルトランジスタにおける前記第2ゲート電極の上面と前記第2N型ソースドレインの表面との段差よりも低く形成され、前記第1Nチャネルトランジスタ、第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および第2Pチャネルトランジスタを被覆して、前記活性領域に対して応力を与える応力膜が形成されている。
上記の課題を解決するため、本発明の半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板の活性領域に形成された第1N型ソースドレインを有する第1Nチャネルトランジスタと第1P型ソースドレインを有する第1Pチャネルトランジスタを有して第1記憶ノードが構成される第1インバータと、前記半導体基板の活性領域に形成された第2N型ソースドレインを有する第2Nチャネルトランジスタと第2P型ソースドレインを有する第2Pチャネルトランジスタを有して第2記憶ノードが構成される第2インバータとを有し、前記第1Nチャネルトランジスタと前記第1Pチャネルトランジスタを構成する第1ゲート電極が前記第2記憶ノードである前記第2P型ソースドレインまで延伸して当該第2P型ソースドレインに接続され、前記第2Nチャネルトランジスタと前記第2Pチャネルトランジスタを構成する第2ゲート電極が前記第1記憶ノードである前記第1P型ソースドレインまで延伸して当該第1P型ソースドレインに接続されているメモリセルが複数個集積された半導体記憶装置の製造方法であって、前記第1Nチャネルトランジスタと、前記第1Pチャネルトランジスタと、前記第2Pチャネルトランジスタの各形成領域における各前記活性領域上に、前記第1Pチャネルトランジスタおよび前記第2Pチャネルトランジスタの形成領域における高さが前記第1Nチャネルトランジスタの形成領域における高さよりも低い前記第1ゲート電極を形成し、前記第1Pチャネルトランジスタと、前記第2Pチャネルトランジスタと、前記第2Nチャネルトランジスタの各形成領域における前記活性領域上に、前記第1Pチャネルトランジスタおよび前記第2Pチャネルトランジスタの形成領域における高さが前記第2Nチャネルトランジスタの形成領域における高さよりも低い前記第2ゲート電極を形成する工程と、少なくとも前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極をマスクとして、前記第1Nチャネルトランジスタおよび前記第2Nチャネルトランジスタの各形成領域における各前記活性領域の表層に、前記第1N型ソースドレインおよび前記第2N型ソースドレインをそれぞれ形成する工程と、少なくとも前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極をマスクとして、前記第1Pチャネルトランジスタの形成領域における前記活性領域の表層に、前記第1P型ソースドレインを形成し、前記第2Pチャネルトランジスタの形成領域における前記活性領域の表層に、前記第2P型ソースドレインを形成する工程と、前記第1Nチャネルトランジスタ、第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および第2Pチャネルトランジスタを被覆して、前記活性領域に対して応力を与える応力膜を形成する工程とを有する。
上記の本発明の半導体記憶装置の製造方法は、前記第1Nチャネルトランジスタと、前記第1Pチャネルトランジスタと、前記第2Pチャネルトランジスタの各形成領域における各前記活性領域上に、前記第1Pチャネルトランジスタおよび前記第2Pチャネルトランジスタの形成領域における高さが前記第1Nチャネルトランジスタの形成領域における高さよりも低い前記第1ゲート電極を形成し、前記第1Pチャネルトランジスタと、前記第2Pチャネルトランジスタと、前記第2Nチャネルトランジスタの各形成領域における前記活性領域上に、前記第1Pチャネルトランジスタおよび前記第2Pチャネルトランジスタの形成領域における高さが前記第2Nチャネルトランジスタの形成領域における高さよりも低い前記第2ゲート電極を形成する。
少なくとも前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極をマスクとして、前記第1Nチャネルトランジスタおよび前記第2Nチャネルトランジスタの各形成領域における各前記活性領域の表層に、前記第1N型ソースドレインおよび前記第2N型ソースドレインをそれぞれ形成する。
少なくとも前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極をマスクとして、前記第1Pチャネルトランジスタの形成領域における前記活性領域の表層に、前記第1P型ソースドレインを形成し、前記第2Pチャネルトランジスタの形成領域における前記活性領域の表層に、前記第2P型ソースドレインを形成する。
前記第1Nチャネルトランジスタ、第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および第2Pチャネルトランジスタを被覆して、前記活性領域に対して応力を与える応力膜を形成する。
上記の課題を解決するため、本発明の半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板の活性領域に形成された第1N型ソースドレインを有する第1Nチャネルトランジスタと第1P型ソースドレインを有する第1Pチャネルトランジスタを有して第1記憶ノードが構成される第1インバータと、前記半導体基板の活性領域に形成された第2N型ソースドレインを有する第2Nチャネルトランジスタと第2P型ソースドレインを有する第2Pチャネルトランジスタを有して第2記憶ノードが構成される第2インバータとを有し、前記第1Nチャネルトランジスタと前記第1Pチャネルトランジスタを構成する第1ゲート電極が前記第2記憶ノードである前記第2P型ソースドレインまで延伸して当該第2P型ソースドレインに接続され、前記第2Nチャネルトランジスタと前記第2Pチャネルトランジスタを構成する第2ゲート電極が前記第1記憶ノードである前記第1P型ソースドレインまで延伸して当該第1P型ソースドレインに接続されているメモリセルが複数個集積された半導体記憶装置の製造方法であって、前記第1Nチャネルトランジスタと、前記第1Pチャネルトランジスタと、前記第2Pチャネルトランジスタの各形成領域における各前記活性領域上に、前記第1ゲート電極を形成し、前記第1Pチャネルトランジスタと、前記第2Pチャネルトランジスタと、前記第2Nチャネルトランジスタの各形成領域における各前記活性領域上に、前記第2ゲート電極を形成する工程と、少なくとも前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極をマスクとして、前記第1Nチャネルトランジスタおよび前記第2Nチャネルトランジスタの各形成領域における各前記活性領域の表層に、前記第1および第2N型ソースドレインをそれぞれ形成する工程と、少なくとも前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極をマスクとして、前記第1Pチャネルトランジスタの形成領域における前記活性領域の表層に、前記第1N型ソースドレインよりも表面位置が高い前記第1P型ソースドレインを形成し、前記第2Pチャネルトランジスタの形成領域における前記活性領域の表層に、前記第2N型ソースドレインよりも表面位置が高い前記第2P型ソースドレインを形成する工程と、前記第1および第2Nチャネルトランジスタおよび前記第1および第2Pチャネルトランジスタを被覆して、前記活性領域に対して応力を与える応力膜を形成する工程とを有する。
上記の本発明の半導体記憶装置の製造方法は、前記第1Nチャネルトランジスタと、前記第1Pチャネルトランジスタと、前記第2Pチャネルトランジスタの各形成領域における各前記活性領域上に、前記第1ゲート電極を形成し、前記第1Pチャネルトランジスタと、前記第2Pチャネルトランジスタと、前記第2Nチャネルトランジスタの各形成領域における各前記活性領域上に、前記第2ゲート電極を形成する。
少なくとも前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極をマスクとして、前記第1Nチャネルトランジスタおよび前記第2Nチャネルトランジスタの各形成領域における各前記活性領域の表層に、前記第1および第2N型ソースドレインをそれぞれ形成する。
少なくとも前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極をマスクとして、前記第1Pチャネルトランジスタの形成領域における前記活性領域の表層に、前記第1N型ソースドレインよりも表面位置が高い前記第1P型ソースドレインを形成し、前記第2Pチャネルトランジスタの形成領域における前記活性領域の表層に、前記第2N型ソースドレインよりも表面位置が高い前記第2P型ソースドレインを形成する。
前記第1および第2Nチャネルトランジスタおよび前記第1および第2Pチャネルトランジスタを被覆して、前記活性領域に対して応力を与える応力膜を形成する。
本発明の半導体記憶装置は、応力膜が活性領域に与える応力により電流駆動能力を向上させ、さらに、第1ゲート電極と第2P型ソースドレインとの段差および第2ゲート電極と第1P型ソースドレインとの段差が、第1および第2ゲート電極と第1および第2N型ソースドレインとの段差よりも小さいため、応力膜に対するエッチングマージンが広がり、リーク電流を防ぐことができる。
本発明の半導体記憶装置の製造方法は、応力膜が活性領域に与える応力により電流駆動能力を向上させ、さらに、第1ゲート電極と第2P型ソースドレインとの段差および第2ゲート電極と第1P型ソースドレインとの段差が、第1および第2ゲート電極と第1および第2N型ソースドレインとの段差よりも小さいため、応力膜に対するエッチングマージンが広がり、リーク電流を防いだ半導体記憶装置を製造することができる。
以下、本発明の実施形態にかかる半導体記憶装置およびその製造方法について図面を参照して記述する。
第1実施形態
図1(a)は、本実施形態にかかる半導体記憶装置であるSRAMにおける6つのMOSFETを有するメモリセルの等価回路である。
たとえば、半導体記憶装置は、2つのPMOSトランジスタ(PTr)である第1ロードトランジスタLTr1と第2ロードトランジスタLTr2、2つのNMOSトランジスタ(NTr)である第1ドライバトランジスタDTr1と第2ドライバトランジスタDTr2、および2つのNMOSトランジスタ(NTr)である第1転送トランジスタTTr1と第2転送トランジスタTTr2を有する。
ここで、第1ロードトランジスタが、本発明における第1Pチャネルトランジスタの一実施形態であり、第2ロードトランジスタが、本発明にかかる第2Pチャネルトランジスタの一実施形態である。また、第1ドライバトランジスタが、本発明にかかる第1Nチャネルトランジスタの一実施形態であり、第2ドライバトランジスタが、本発明にかかる第2Nチャネルトランジスタの一実施形態である。第1および第2ロードトランジスタLTr1,LTr2は、それぞれ第1および第2P型ソースドレインを有し、第1ドライバトランジスタDTr1と第2ドライバトランジスタDTr2は、それぞれ第1および第2N型ソースドレインを有する。
第1ロードトランジスタLTr1と第1ドライバトランジスタDTrは、ドレインが第1記憶ノードNDに、ゲートが第2記憶ノードNDにそれぞれ接続されている。第1ロードトランジスタLTr1のソースは電源電圧Vに、第1ドライバトランジスタDTr1のソースは基準電位にそれぞれ接続されている。第1ロードトランジスタLTr1および第1ドライバトランジスタにDTr1よって、第2記憶ノードNDの電位を入力し第1記憶ノードNDの電位を出力する第1CMOSインバータが形成されている。
第2ロードトランジスタLTr2と第2ドライバトランジスタDTr2は、ドレインが第2記憶ノードNDに、ゲートが第1記憶ノードNDにそれぞれ接続されている。第2ロードトランジスタLTr2のソースは電源電圧Vに、第2ドライバトランジスタDTr2のソースは基準電位にそれぞれ接続されている。第2ロードトランジスタLTr2および第2ドライバトランジスタDTr2によって、第1記憶ノードNDの電位を入力し第2記憶ノードNDの電位を出力する第2CMOSインバータが形成されている。
上述した第1ロードトランジスタLTr1と第1ドライバトランジスタDTr1による第1CMOSインバータと、第2ロードトランジスタLTr2および第2ドライバトランジスタDTr2による第2CMOSインバータとは、互いの入力および出力がリング状に接続されており、これにより1つの記憶回路が構成されている。
また、第1転送トランジスタTTr1は、ゲートがワード線WLに、ドレインがビット線BLに、ソースが第1記憶ノードNDにそれぞれ接続されている。第2転送トランジスタTTr2は、ゲートがワード線WLに、ドレインが、反転ビット線BLに、ソースが第2記憶ノードNDにそれぞれ接続されている。
図1(b)は、本実施形態にかかるSRAMにおける1つのメモリセルのレイアウトを示す平面図である。
第1P型半導体領域P1、第2P型半導体領域P2、第1N型半導体領域N1、および第2N型半導体領域N2は、素子分離領域Iで分離され、それぞれ活性領域を構成している。第1P型半導体領域P1、第2P型半導体領域P2、第1N型半導体領域N1、および第2N型半導体領域N2は、それぞれ半導体基板に形成されたウェルあるいは半導体基板そのものから構成される。
上記の各活性領域上を横切るように第1ゲート電極22a、第2ゲート電極22b、第3ゲート電極22c、および第4ゲート電極22dが図示のレイアウトで形成され、さらに各ゲート電極の両側部における各半導体領域の活性領域の表層部分にソースドレイン領域がそれぞれ形成されて、2つのPMOSトランジスタである第1および第2ロードトランジスタLTr1,2、2つのNMOSトランジスタである第1ドライバトランジスタDTr1と第2ドライバトランジスタDTr2、および2つのNMOSトランジスタである第1転送トランジスタTTr1と第2転送トランジスタTTr2がそれぞれ形成されている。
具体的には、第1ゲート電極22aが、第1ドライバトランジスタDTr1と第1ロードトランジスタLTr1を構成し、第1ゲート電極22aは、第2P型ソースドレイン(図示なし)まで延伸され、その延伸された部分においてゲート絶縁膜(図示なし)を介して第2ロードトランジスタLTr2を構成する第2N型半導体領域N2における活性領域上に積層されている。
また、第2ゲート電極22bが、第2ドライバトランジスタDTr2と第2ロードトランジスタLTr2を構成し、第2ゲート電極22bは、第1P型ソースドレイン(図示なし)まで延伸され、その延伸された部分においてゲート絶縁膜(図示なし)を介して第1ロードトランジスタLTr1を構成する第1N型半導体領域N1の活性領域上に積層されている。
第3ゲート電極22cは、第1転送トランジスタTTr1を構成し、第4ゲート電極22dは、第2転送トランジスタTTr2を構成する。
ここで、第1ロードトランジスタLTr1の第1P型ソースドレイン(図示なし)と、延伸された部分における第2ゲート電極22bとが、第1共通コンタクトC1において第1ノード配線42aにより電気的に接続されている。
また、第1ドライバトランジスタDTr1のドレイン領域(第1転送トランジスタTTr1のソース領域)と第1ロードトランジスタLTr1のドレイン領域が、第1共通コンタクトC1を含むコンタクトを介して第1記憶ノード配線42aにより接続されている。
このように、第1ドライバトランジスタDTr1のドレイン領域と第1ロードトランジスタLTr1のドレイン領域を接続する第1記憶ノード配線42aが、第1共通コンタクトC1において第1ロードトランジスタLTr1のドレイン領域と第2ゲート電極22bに接続して、第1記憶ノードNDが構成されている。
同様に、第2ロードトランジスタLTr2のソースドレイン領域と、延伸された部分における第1ゲート電極22aとが、第2共通コンタクトC2において第2記憶ノード配線42bにより電気的に接続されている。
また、第2ドライバトランジスタDTr2のドレイン領域(第2転送トランジスタTTr2のソース領域)と第2ロードトランジスタLTr2のドレイン領域が、第2共通コンタクトC2を含むコンタクトを介して第2記憶ノード配線42bにより接続されている。
このように、第2ドライバトランジスタDTr2のドレイン領域と第2ロードトランジスタLTr2のドレイン領域を接続する第2記憶ノード配線42bが、第2共通コンタクトC2において第2ロードトランジスタLTr2のドレイン領域と第1ゲート電極22aに接続して、第2記憶ノードNDが構成されている。
上記以外のソースドレイン領域は、それぞれコンタクトを介して電源電圧V、基準電位、ビット線あるいは反転ビット線に接続されている。
図2は、図1(b)中のA−AおよびB−Bにおける断面図である。
半導体基板における第1N型半導体領域N1と第1P型半導体領域P1の活性領域をそれぞれ区分するように、STI型の素子分離絶縁膜16が形成されている。
上記の第1N型半導体領域N1における活性領域には、第1ロードトランジスタLTr1の第1P型ソースドレインと第2ゲート電極22bとを接続する第1コンタクトC1が形成され、第1P型半導体領域P1における活性領域には、第1ドライバトランジスタDTr1(NTr)が形成されている。A−A断面は、第1コンタクト領域RC1を示し、B−B断面は、第1ドライバトランジスタDTr1(NTr)領域を示している。
まず、第1コンタクトC1について記述する。
上記の第1N型半導体領域N1の活性領域上に第2ゲート絶縁膜18bが形成され、第2ゲート絶縁膜18bの上に第2ゲート電極22bが積層して形成されている。第2ゲート電極22bは、たとえばポリシリコンにより形成され、第2ゲート電極22bの表層には高融点シリサイド層34が形成されている。以下、第2ゲート電極22bおよび高融点シリサイド層34とを第2ゲート電極22b,34と称することもある。第2ゲート電極22b,34の両側部における半導体基板上に、第2サイドウォール絶縁膜24bが形成されている。第2サイドウォール絶縁膜24bの両側部における第1N型半導体領域N1における活性領域の表層部に高濃度にP型不純物を含有する第1P型ソースドレイン26が形成され、第1P型ソースドレイン26の表層には高融点シリサイド層30が形成されている。以下、第1P型ソースドレイン26および高融点シリサイド層30とを第1P型ソースドレイン26,30と称することもある。また、図示は省略されているが、第2サイドウォール絶縁膜24bの下部における第1N型半導体領域N1の活性領域の表層部に、第1P型ソースドレイン26,30に接続して、第1P型ソースドレイン26,30よりも浅く、低濃度にP型不純物を含有するエクステンション領域が形成されている。上記のようにして第1コンタクトC1が形成されている。図示は省略されているが、第2コンタクト、PMOSトランジスタである第1および第2ロードトランジスタLTr1,LTr2も同様の構成で形成されている。
次に、第1ドライバトランジスタDTr1(NTr)について記述する。
上記の第1P型半導体領域P1の活性領域上に第1ゲート絶縁膜18aが形成され、第1ゲート絶縁膜18aの上に第1ゲート電極22aが積層して形成されている。第1ゲート電極22aは、たとえばポリシリコンにより形成され、第1ゲート電極22aの表層には高融点シリサイド層36が形成されている。以下、第1ゲート電極22aおよび高融点シリサイド層36とを第1ゲート電極22a,36と称することもある。第1ゲート電極の22a,36の両側部において半導体基板上に第1サイドウォール絶縁膜24aが形成されている。第1サイドウォール絶縁膜24aの両側部における第1P型半導体領域P1の活性領域の表層部に高濃度にN型不純物を含有する第1N型ソースドレイン28が形成され、第1N型ソースドレイン28の表層には高融点シリサイド層32が形成されている。以下、第1N型ソースドレイン28および高融点シリサイド層32とを第1N型ソースドレイン28,32と称することもある。また、図示は省略されているが、第1サイドウォール絶縁膜24aの下部における第1N型半導体領域N1の活性領域の表層部に、第1N型ソースドレイン28,32に接続して、第1N型ソースドレイン28,32よりも浅く、低濃度にN型不純物を含有するエクステンション領域が形成されている。上記のようにして第1ドライバトランジスタDTr1が形成されている。図示は省略されているが、NMOSトランジスタである第2ドライバトランジスタDTr2と第1および第2転送トランジスタTTr1,TTr2も同様の構成で形成されている。
第1コンタクトC1および第1ドライバトランジスタDTr1(NTr)において、第1ゲート電極22a,36、第1N型ソースドレイン28,32、および第2ゲート電極22b,34と第2P型ソースドレインの一部を被覆して応力膜38が形成され、応力膜38上に層間絶縁膜40が形成されている。応力膜38および層間絶縁膜40には、第2ゲート電極22b,34から一方の第1P型ソースドレイン26,30まで連通して開口された共通コンタクトホールCHが形成され、共通コンタクトホールCHに第1記憶ノード配線42aが埋め込まれている。
応力膜38は、上記の半導体基板の活性領域に対してゲート電極の延伸方向に作用する応力を与える応力膜であって、たとえば、窒化シリコン膜などを用いる。窒化シリコン膜は、ゲート電極の延伸方向に引っ張り応力を与えるため、第1ドライバトランジスタDTr1を含むNMOSトランジスタは、電流駆動能力を向上することができる。
また、応力膜38は、上に形成される層間絶縁膜40と異なるエッチング選択性を有する膜であって、層間絶縁膜40に共通コンタクトホールCHを形成する際のエッチングストップレイヤーとしても機能する。なお、コンタクトホールCHを形成するときは、応力膜38と層間絶縁膜40を後述するような工程により除去する。
第1記憶ノード配線42aは、共通コンタクトホールCHの内壁を被覆するバリアメタルと共通コンタクトホールCH内を埋め込む導電層とを含む。導電層と比較して、バリアメタルは、一般的に高い抵抗を有するものが多い。
上記の構成において、第1コンタクトC1における第2ゲート電極22b,34は、第1ドライバトランジスタDTr1(NTr)領域の第1ゲート電極22a,36よりも低く形成されている。言い換えれば、第1コンタクトC1において第2ゲート電極22b,34の上面と第1P型ソースドレイン26,30の表面により形成される段差は、第1ドライバトランジスタDTr1(NTr)の第1ゲート電極22a,36の上面と第1N型ソースドレイン28,32の表面により形成される段差よりも低く形成されている。
これにより、応力膜38が、第2サイドウォール絶縁膜24b上において局所的に薄く形成されることなく、均一に形成され易くなる。そのため、応力膜38に共通コンタクトホールCHを形成する際に第2サイドウォール絶縁膜24bがエッチングされて、共通コンタクトホールCHに埋め込まれる第1記憶ノード配線42aと第1P型半導体領域P1の活性領域との間のリーク電流を生じることが抑制される。
また、第1コンタクトC1において,第2ゲート電極22b,34を低く形成することにより、第1記憶ノード配線42aとして形成される高抵抗のバリアメタルの接触面積が少なくなり、低抵抗の導電層の量が増加する。その結果、コンタクト部分における抵抗を小さくすることができる。
さらに、活性領域に引っ張り応力を与える応力膜により、NTrは電流駆動能力が向上する。NTrとPTrに共通の応力膜の場合、PTrに引っ張り応力は好ましくないが、PTrは、第1コンタクトC1と同様にゲート電極が低く形成されているので、応力膜の作用が緩和され、性能を損なうことはない。
このように、本実施形態の半導体記憶装置であるSRAMは、第1コンタクト領域およびPTr形成領域におけるゲート電極をNTr形成領域におけるゲート電極よりも低く形成し、その上に活性領域に応力を与える応力膜を形成しているので、NTrの電流駆動能力を向上させた状態で、PTrの性能を損なうことなく、コンタクト部分の低抵抗化を実現することができ、コンタクト部分におけるエッチングマージンを広げてリーク電流を防止することができる。
次に、本実施形態にかかる半導体記憶装置(SRAM)の製造方法について図面を参照して記述する。
図3から図9は、本実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を順次示した概略断面図である。
図3(a)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1および第1ドライバトランジスタDTr1形成領域(以降、NTr形成領域とも称する)RNTrを含むシリコン基板10上に、たとえば、熱酸化法によって酸化膜(SiO膜)12を5nm程度形成し、その上に化学的気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)法などによりシリコン窒化膜14を130nm程度形成する。
シリコン基板10は、たとえば、予めP型あるいはN型の導電性不純物がドープされた基板であっても良い。
図3(b)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、シリコン基板10の素子分離領域において、ArF光源を用いたリソグラフィーを行って窒化膜14をパターニングし、続いて酸化膜12をパターニングする。パターニングされた窒化膜14および酸化膜12をマスクにシリコン基板10の素子分離領域に300nm程度の深さの素子分離用溝10tを形成する。
図4(a)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、形成された素子分離用溝10tに、高密度プラズマ(High Density Plasma:HDP)法によりシリコン酸化膜を埋め込んで、化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)法によりシリコン酸化膜の表面を平坦化する。
図4(b)に示すように、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、窒化膜14および酸化膜12をウェットエッチングで除去することにより、STI型の素子分離絶縁膜16を形成する。
図5(a)に示すように、たとえば、シリコン基板10にイオン注入を行い、半導体領域を形成する。具体的には、NTr形成領域RNTrにおいて、シリコン基板10の素子分離絶縁膜16で区分された領域に、たとえば、ボロンを230keV、2.5×1013atoms/cmおよび15keV、1.4×1013atoms/cmの条件でイオン注入を行い、P型半導体領域P1を形成する。マスクを除去した後、第1コンタクト領域RC1において、素子分離絶縁膜16で区分された領域に、たとえば、リンを230keV、1.2×1013atoms/cmおよび80keV、1.4×1013atoms/cmの条件でイオン注入を行い、N型半導体領域N1を形成する。なお、イオン注入を行わない領域は、たとえば、マスクを形成して保護されている。また、予め一方の導電性不純物がドープされた半導体基板を用いた場合には、他方の半導体領域のみを形成しても良い。
図5(b)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、各半導体領域が形成されたシリコン基板を高速熱酸化(Rapid Thermal Oxidation:RTO)処理して、その表面に薄膜ゲート絶縁膜18を1nm程度成膜する。続けて、窒素面密度5×1014atoms/cmの条件下において、プラズマ法により3秒程度窒化し、微量酸素添加の窒素雰囲気下において1050℃、50秒のポストアニールを行い、窒化を安定させる。その後、薄膜ゲート絶縁膜18上に、CVDにより第1ポリシリコン層20を100nm程度成膜する。
図6(a)に示すように、たとえば、NTr形成領域RNTrにおいて、ArF光源を用いたリソグラフィー工程によってマスクを形成し、ロードトランジスタ形成領域(図示なし)およびコンタクト領域を露出する。第1コンタクト領域RC1において、第1ポリシリコン層20をエッチングにより除去して、薄膜ゲート絶縁膜18を露出する。
図6(b)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、第1ポリシリコン層20および露出された薄膜ゲート絶縁膜18上に、第2ポリシリコン層21を50nm程度成膜する。
図7(a)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1において、リソグラフィー工程により第2ポリシリコン層21上にレジストマスクRMを形成する。NTr形成領域RNTrにおいて、エッチングにより第2ポリシリコン層21を除去し、第1ポリシリコン層20の厚さ(100nm)程度を残す。その後、第1コンタクト領域RC1において、レジストマスクRMを除去する。
図7(b)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、ArF光源を用いたリソグラフィー工程によりマスクを形成し、そのマスクを用いて第1および第2ポリシリコン層20,21をそれぞれパターニングして、NチャネルトランジスタとPチャネルトランジスタを構成しコンタクト領域まで延伸された第1および第2ゲート電極22a,22bを形成する。なお、図示は省略されているが、図1(b)における第3および第4ゲート電極22c,22dも同時に形成される。第3および第4ゲート電極22c,22dは、NTr形成領域RNTrにおけるゲート電極と同様に形成されている。
ここで、シリコン基板上にポリシリコン層20,21をそれぞれ形成するとき、各ポリシリコン層の基板の面内における膜厚のばらつきは、成膜装置の堆積させるプロセス条件に依存し、±3nm程度ばらつくプロセス条件の場合、その面内ばらつき(6nm)よりも第1コンタクト領域RC1とNTr形成領域RNTrにおけるゲート電極の高さの差が大きくなるように、第1コンタクト領域RC1における第2ゲート電極22bおよびNTr形成領域RNTrにおける第1ゲート電極22aを形成する。また、後の工程でゲート電極にも導電性不純物を導入するので、不純物が基板の半導体領域に突き抜けないようにそれぞれの領域におけるゲート電極の高さを決めることが好ましい。
次に、たとえば、第1コンタクト領域RC1において、第2ゲート電極22bをマスクとして、N型半導体領域N1における活性領域の表層部分にP型の導電性不純物をイオン注入することで、不図示のエクステンション領域を形成する。また、たとえば、NTr形成領域RNTrにおいて、第1ゲート電極22aをマスクとして、P型半導体領域P1における活性領域の表層部分にN型の導電性不純物をイオン注入することで、不図示のエクステンション領域を形成する。
イオン注入後、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、第1および第2ゲート電極22a,22b表面に形成されたマスクを除去する。
図8(a)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、CVD法により酸化シリコン膜を70nm程度堆積し、全面にエッチバックして、第1および第2ゲート電極22a,22bの両側部に第1および第2サイドウォール絶縁膜24a,24bを形成する。
図8(b)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1において、第2ゲート電極22bおよび第2サイドウォール絶縁膜24bをマスクとして、第2サイドウォール絶縁膜24bの両側部におけるN型半導体領域N1の活性領域に、たとえば、ボロンを2.5keV、5×1015atoms/cmの条件でイオン注入を行い、ソースドレイン領域を形成する。このソースドレイン領域の一方は、第1ロードトランジスタLTr1の第1P型ソースドレインになる。そのため、以降、第2ゲート電極22bの両側部におけるソースドレイン領域を第1P型ソースドレイン26と称する。このとき、第2ゲート電極22bの表層にもボロンが注入されるので、上記のように第2ゲート電極22bの高さは、注入されるボロンがN型半導体領域N1に突き抜けないように設定されている。
また、NTr形成領域RNTrにおいて、第1ゲート電極22aおよび第1サイドウォール絶縁膜24aをマスクとして、第1サイドウォール絶縁膜24aの両側部におけるP型半導体領域P1の活性領域に、たとえば、砒素を20keV、3×1015atoms/cmおよびリンを10keV、2×1015atoms/cmの条件でイオン注入を行い、第1N型ソースドレイン28を形成する。このとき、第2ゲート電極22bと同様に、第1ゲート電極22aの表層にも砒素およびリンが注入される。
図示は省略されているが、第1および第2ゲート電極22a,22bへの不純物の注入の後、第1および第2ゲート電極22a,22b上にシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜などのキャップ層を形成し、加熱処理を行う。これにより、不純物注入による応力がそれぞれのゲート電極に残留し、その応力が活性領域に伝播して電流駆動能力を向上させることができる(Stress Memorization Technology:SMT)。キャップ層は、加熱処理後除去される。
図9(a)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、1050℃、0秒の昇温レートおよび降温レートで、急峻なスパイクRTA(Rapid Thermal Anneal)を行い、各領域に導入された不純物を活性化する。その後、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、スパッタによりニッケルを12nm程度成膜し、500℃程度に加熱してソースドレイン領域26,28およびゲート電極22a,22bのポリシリコンとシリサイド化させ、シリサイド層30,32,34,36を形成する。
図9(b)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、第1および第2ゲート電極22a,22bを被覆して全面にCVD法により窒化シリコン膜を60nm程度成膜し、コンタクトエッチングストップレイヤーとしても機能する応力膜38を形成する。応力膜としては、上記の半導体基板の活性領域に対してゲート電極の延伸方向に作用する応力を有する膜であり、たとえば、窒化シリコン膜が用いられる。応力膜38は、第1コンタクト領域RC1における第2ゲート電極22bの上面と第1P型ソースドレイン26の表面とにより形成される段差が小さいので、サイドウォール絶縁膜24b上でも局所的に薄くならずに形成されている。
窒化シリコン膜は、具体的に、活性領域に引っ張り応力を与えることができるため、NTrは電流駆動能力が向上される。一方、PTrは、本来圧縮応力を与えられることにより電流駆動能力が向上するため、共通の応力膜の場合、好ましくない。しかしながら、本実施形態においては、NTr形成領域と比較して、PTr形成領域およびコンタクト領域のゲート電極が低く形成されているので、PTrは、窒化シリコン膜(応力膜)から与えられる引っ張り応力の影響が緩和され、電流駆動能力が低下することはない。
その後、たとえば、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、応力膜38を被覆して、たとえば、HDP法により酸化シリコンを450nm程度堆積させ、CMP法で平坦化し、層間絶縁膜40を形成する。
次に、第1コンタクト領域RC1において、ArF光源を用いたリソグラフィー工程およびエッチング加工により、露出した層間絶縁膜40および応力膜38を除去し、第2ゲート電極22b,34の上面から第1P型ソースドレイン26,30の表面まで連通して開口する共通コンタクトホールCHを形成する。応力膜38は、上記のように層間絶縁膜40のエッチングストップレイヤーともなるので、2段階のエッチングを行う。共通コンタクトホールCHを被覆するようにバリアメタルとしてタングステンが形成され、さらに、窒化チタンが埋め込まれ、第1記憶ノード配線42aが形成される。これにより、共通コンタクトホールCHにおいて第2ゲート電極22b,34と第1P型ソースドレイン26,30が第1記憶ノード配線42aにより電気的に接続され、図2に示す半導体記憶装置が製造される。
バリアメタルのタングステンは高い抵抗を有するが、埋め込まれる窒化チタンは、タングステンに比べて低い抵抗を有する。また、コンタクト領域におけるゲート電極をNTr形成領域RNTrにおけるゲート電極と比べて低く形成したので、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいてゲート電極の高さを同じに形成したときと比べて、低い抵抗を有する窒化チタンを多く埋め込むことができる。その結果、共通コンタクトホールCHにおける第1記憶ノード配線42aを低抵抗化することができる。
図10は、図1(b)のZ−Zにおける断面図を示す。
第1N半導体領域N1上に形成された第1コンタクトC1を有する第1コンタクト領域RC1、第2N半導体領域N2上に形成された第2ロードトランジスタLTr2を有する第2PチャネルトランジスタPTr2形成領域RPTr2、および第2P半導体領域P2上に形成された第2ドライバトランジスタPTr2を有する第2NチャネルトランジスタNTr2形成領域RNTr2が含まれている。シリコン基板10のそれぞれの半導体領域は素子分離絶縁膜16で分離され、シリコン基板10上にはゲート絶縁膜18と第2ゲート電極22bが形成されている。第2ゲート電極22bは、NTr2形成領域RNTr2よりもPTr2形成領域RPTr2および第1コンタクト領域RC1が低くなるように形成され、第1コンタクト領域RC1において応力膜(図示なし)と層間絶縁膜40に形成された共通コンタクトホールCHにより第2ゲート電極22bは、第1記憶ノード配線42aと接続されている。
上記の本実施形態にかかる半導体記憶装置の製造方法によれば、コンタクト領域およびPTr形成領域におけるゲート電極の上面と隣接するソースドレインの表面との段差をNTr形成領域におけるゲート電極の上面とそれに隣接するソースドレインの表面との段差よりも低く形成し、その上に活性領域に応力を与える応力膜を形成しているので、NTrの電流駆動能力を向上させた状態で、PTrの性能を損なうことなく、コンタクト部分の低抵抗化を実現することができ、コンタクト部分におけるエッチングマージンを広げてリーク電流を防止することができる。
第2実施形態
図11は、本実施形態にかかる半導体記憶装置の断面図である。本実施形態にかかる半導体記憶装置は、実質的に第1実施形態と同様であるが、第1コンタクト領域RC1における第1P型ソースドレイン54,58の表面が、NTr形成領域における第1N型ソースドレイン28,32の表面よりも高くなるように形成されていることが異なる。
第1P型ソースドレイン54,58は、ゲート電極22bとその両側部に形成されたサイドウォール絶縁膜24bとをマスクとしてN型半導体領域N1における活性領域に形成されたリセス内に、SiGe膜を埋め込むことにより形成されている。SiGe膜は、PTrのチャネル形成領域に圧縮応力を与える応力膜であり、PTrの電流駆動能力が高められる。
本実施形態にかかる半導体記憶装置は、コンタクト領域およびPTr形成領域(図示なし)において、ゲート電極をNTr形成領域におけるゲート電極よりも低く形成し、ソースドレイン領域をNTr形成領域におけるソースドレイン領域よりも高く形成するので、コンタクト領域およびPTr形成領域において、ゲート電極およびソースドレイン領域を被覆する応力膜が、サイドウォール絶縁膜の上面において局所的に薄くなることがなくなる。その結果、コンタクト領域において、ゲート電極およびP型ソースドレイン上の応力膜を除去して共通コンタクトホールCHを形成する際に、サイドウォール絶縁膜がエッチングされることが抑制されるので、エッチングマージンが広がり、リーク電流を防止することができる。
図12から図15は、図11に示す半導体記憶装置の製造工程を順次示す概略断面図である。
図12(a)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、それぞれ高さの異なるポリシリコン膜20,21を第1実施形態における図3(a)から図7(a)と同様の工程で形成し、ポリシリコン膜20,21の上面に、たとえば、成膜温度650℃以下の低温CVDにより、後の工程のエピタキシャル成長の際のマスクとなる窒化膜を、50nm程度堆積し、ハードマスク層50を形成する。
図12(b)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、ハードマスク層50をゲート電極のパターンにエッチングし、ハードマスク層50をマスクとしてポリシリコン層20,21をエッチングして、第1および第2ゲート電極22a,22bを形成する。
次に、たとえば、第1コンタクト領域RC1において、第2ゲート電極22bおよびハードマスク層50をマスクとして、N型半導体領域N1における活性領域の表層部分にP型の導電性不純物をイオン注入することで不図示のエクステンション領域を形成する。また、NTr形成領域RNTrにおいて、第1ゲート電極22aおよびハードマスク層50をマスクとして、P型半導体領域P1における活性領域の表層部分にN型の導電性不純物をイオン注入することで不図示のエクステンション領域を形成する。
図13(a)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、ハードマスク層50、第1N型半導体領域N1および第1P型半導体領域P1上に、CVD法によりシリコン酸化膜を形成し、エッチバックしてゲート電極の両側部に第1および第2サイドウォール絶縁膜24a,24bを形成する。
図13(b)に示すように、たとえば、NTr形成領域RNTrにおいて、CVD法によりシリコン酸化膜52を50nm程度形成する。
図14(a)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1において、第2ゲート電極22b、第2サイドウォール絶縁膜24b、およびハードマスク層50をマスクとして、第1N型半導体領域N1における活性領域の表面にドライエッチングを施し、PTrのソースドレイン領域となる領域において、60nm程度の深さのリセスAを形成する。
図14(b)に示すように、たとえば、第2ゲート電極22b、第2サイドウォール絶縁膜24b、およびハードマスク層50をマスクとして、シリコンが露出しているリセスAの表面に、シリコン基板と格子定数の異なるSiGe膜を選択的にエピタキシャル成長させ、80nm程度の厚さのSiGe膜を形成する。SiGe膜はそのままソースドレイン領域54となり、PTrが構成される。SiGe膜は、少なくともゲート電極の面内ばらつきの合計(10nm)よりも基板表面から高くなるように形成される。なお、リセスAの内壁面に自然酸化膜やダメージ膜を含む場合は、SiGe膜を成長させる前にこれらを除去してからエピタキシャル成長を行う。
SiGe膜は、PTrのチャネル形成領域に圧縮応力を与える応力膜であり、電流駆動能力が高められて、PTrの能力が向上する。
図15(a)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1において、レジスト膜(図示なし)を形成し、NTr形成領域RNTrにおいて、シリコン酸化膜52を全面にエッチバックしてハードマスク層50および第1N型半導体領域N1を露出させる。第1サイドウォール絶縁膜24aの表面に残ったシリコン酸化膜52は、第1サイドウォール絶縁膜24aと一体化される。続いて、第1コンタクト領域RC1において、レジスト膜を除去し、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、エッチバックを行いゲート電極上のハードマスク層50を除去する。このとき、第1および第2サイドウォール絶縁膜24a,24bも一部エッチバックされる。
図15(b)に示すように、たとえば、第1コンタクト領域RC1において、レジスト膜56を形成し、NTr形成領域RNTrにおいて、第1ゲート電極22aおよび第1サイドウォール絶縁膜24aをマスクとして、P型半導体領域P1における活性領域の表層部分にN型の導電性不純物をイオン注入することで、ソースドレイン領域28を形成する。
このとき、第1ゲート電極22aにもN型の導電性不純物がイオン注入されるが、NTr形成領域におけるゲート電極は充分な高さを有するため、導電性不純物がゲート電極層を突き抜けることはない。
続く工程は、第1実施形態における図9(a)以降と同様に、たとえば、第1コンタクト領域RC1およびNTr形成領域RNTrにおいて、ゲート電極およびソースドレイン領域をシリサイド化してシリサイド層32,58を形成し、応力膜38および層間絶縁膜40を形成し、第1コンタクト領域RC1において、第2ゲート電極22b,60の上面から一方の第1P型ソースドレイン54,58の表面まで連通して開口された共通コンタクトホールCHを応力膜38および層間絶縁膜40に形成する。共通コンタクトホールCHにバリアメタルとしてタングステンを被覆し、さらに窒化チタンを埋め込んで第1記憶ノード配線42を形成して図11に示す半導体記憶装置を形成する。
本実施形態にかかる半導体記憶装置の製造方法によれば、SiGe膜を成長させて第1N型ソースドレインよりもその表面位置が高くなるように第1P型ソースドレインを形成することにより、第2ゲート電極の上面と第1P型ソースドレインの表面とで形成される段差がさらに小さくなり、エッチングマージンが広くなり、リーク電流を防止することができる。また、段差の低減により、コンタクトホールにおけるバリアメタルの接触面積を低減することができるので、低抵抗化を実現できる。また、SiGe膜は、活性領域に圧縮応力を与えるため、PTrの電流駆動能力を向上させることもできる。
第3実施形態
図16は、本実施形態にかかる半導体記憶装置の断面図である。本実施形態にかかる半導体記憶装置は、実質的に第2実施形態と同様であるが、コンタクト形成領域における第2ゲート電極が、NTr形成領域における第1ゲート電極とほぼ同じ高さに形成されていることが異なる。
第1P型ソースドレイン領域54,58は、第2サイドウォール絶縁膜24bの両側部における第1N型半導体領域N1の活性領域に形成されたリセス内に、SiGe膜を埋め込むことにより形成されている。
本実施形態にかかる半導体記憶装置は、コンタクト領域およびPTr形成領域(図示なし)におけるソースドレイン領域の表面が、NTr形成領域におけるソースドレイン領域の表面よりも高く形成されているので、第2ゲート電極の上面と第1P型ソースドレインの表面とで形成される段差が小さくなり、トランジスタを覆う応力膜が、サイドウォール絶縁膜の上面において局所的に薄くなることがなくなり、共通コンタクトホールCHを形成する際のエッチングマージンが広がり、リーク電流を防止することができる。
本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。
本発明の半導体記憶装置は、SRAMに適用できる。
本発明の半導体記憶装置の製造方法は、SRAMの製造方法に適用できる。
図1(a)は、本発明の第1実施形態にかかる半導体記憶装置であるSRAMにおける6つのMOSFETを有するメモリセルの等価回路であり、図1(b)は、第1実施形態にかかるSRAMにおける1つのメモリセルのレイアウトを示す平面図である。 図2(a)および図2(b)は、図1(b)中のA−AおよびB−Bにおける断面図である。 図3(a)および図3(b)は、本発明の第1実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を順次示した概略断面図である。 図4(a)および図4(b)は、本発明の第1実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を順次示した概略断面図である。 図5(a)および図5(b)は、本発明の第1実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を順次示した概略断面図である。 図6(a)および図6(b)は、本発明の第1実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を順次示した概略断面図である。 図7(a)および図7(b)は、本発明の第1実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を順次示した概略断面図である。 図8(a)および図8(b)は、本発明の第1実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を順次示した概略断面図である。 図9(a)および図9(b)は、本発明の第1実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を順次示した概略断面図である。 図10は、図1(b)中のZ−Zにおける断面図を示す。 図11は、本発明の第2実施形態にかかる半導体記憶装置の断面図である。 図12(a)および図12(b)は、本発明の第2実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を順次示す概略断面図である。 図13(a)および図13(b)は、本発明の第2実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を順次示す概略断面図である。 図14(a)および図14(b)は、本発明の第2実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を順次示す概略断面図である。 図15(a)および図15(b)は、本発明の第2実施形態にかかる半導体記憶装置の製造工程を順次示す概略断面図である。 図16は、第3実施形態にかかる半導体記憶装置の断面図である。
符号の説明
10…シリコン基板、10t…素子分離用溝、12…酸化膜、14…窒化膜、16…素子分離絶縁膜、18a…第1ゲート絶縁膜、18b…第2ゲート絶縁膜、20,21…ポリシリコン層、22a…第1ゲート電極、22b,60…第2ゲート電極、22c…第3ゲート電極、22d…第4ゲート電極、24a…第1サイドウォール絶縁膜、24b…第2サイドウォール絶縁膜、26,54…第1P型ソースドレイン、28…第1N型ソースドレイン、30,32,34,36,58…高融点シリサイド層、38…応力膜、40…層間絶縁膜、42a…第1記憶ノード配線、42b…第2記憶ノード配線、50…ハードマスク層、52…シリコン酸化膜、CH…共通コンタクトホール、C1…第1共通コンタクト、C2…第2共通コンタクト、P1…第1P型半導体領域、P2…第2P型半導体領域、N1…第1N型半導体領域、N2…第2N型半導体領域、I…素子分離領域、LTr1…第1ロードトランジスタ、LTr2…第2ロードトランジスタ、DTr1…第1ドライバトランジスタ、DTr2…第2ドライバトランジスタ、TTr1…第1転送トランジスタ、TTr2…第2転送トランジスタ、ND…第1記憶ノード、ND…第2記憶ノード、WL…ワード線、BL…ビット線、BL…反転ビット線。

Claims (7)

  1. 半導体基板の活性領域に形成された第1N型ソースドレインを有する第1Nチャネルトランジスタと第1P型ソースドレインを有する第1Pチャネルトランジスタを有して第1記憶ノードが構成される第1インバータと、前記半導体基板の活性領域に形成された第2N型ソースドレインを有する第2Nチャネルトランジスタと第2P型ソースドレインを有する第2Pチャネルトランジスタを有して第2記憶ノードが構成される第2インバータとを有し、前記第1Nチャネルトランジスタと前記第1Pチャネルトランジスタを構成する第1ゲート電極が前記第2記憶ノードである前記第2P型ソースドレインまで延伸して当該第2P型ソースドレインに接続され、前記第2Nチャネルトランジスタと前記第2Pチャネルトランジスタを構成する第2ゲート電極が前記第1記憶ノードである前記第1P型ソースドレインまで延伸して当該第1P型ソースドレインに接続されているメモリセルが複数個集積された半導体記憶装置であって、
    前記第2P型ソースドレインと接続される領域の前記第1ゲート電極の上面と前記第2P型ソースドレインの表面との段差は、前記第1Nチャネルトランジスタにおける前記第1ゲート電極の上面と前記第1N型ソースドレイン表面との段差よりも低く、前記第1P型ソースドレインと接続される領域の前記第2ゲート電極の上面と前記第1P型ソースドレインの表面との段差は、前記第2Nチャネルトランジスタにおける前記第2ゲート電極の上面と前記第2N型ソースドレインの表面との段差よりも低く、
    前記第1および第2ゲート電極の両側部における前記半導体基板上に、サイドウォール絶縁膜が形成されており、
    前記第1Nチャネルトランジスタ、第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および第2Pチャネルトランジスタを被覆して、前記活性領域に対して引っ張り応力を与える応力膜が形成されており、
    前記第1ゲート電極と前記第2P型ソースドレインは、前記第1ゲート電極の上面から前記第1ゲート電極に隣接した前記第2P型ソースドレインの表面まで連通して開口する第1共通コンタクトホールに埋め込まれた第1導電層により接続され、
    前記第2ゲート電極と前記第1P型ソースドレインは、前記第2ゲート電極の上面から前記第2ゲート電極に隣接した前記第1P型ソースドレインの表面まで連通して開口する第2共通コンタクトホールに埋め込まれた第2導電層により接続されている
    半導体記憶装置。
  2. 前記第1ゲート電極は、前記第1Nチャネルトランジスタの形成領域よりも前記第2P型ソースドレインと接続される領域および前記第1Pチャネルトランジスタの形成領域において低く形成され、
    前記第2ゲート電極は、前記第2Nチャネルトランジスタの形成領域よりも前記第1P型ソースドレインと接続される領域および前記第2Pチャネルトランジスタの形成領域において低く形成されている
    請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. 前記第1Nチャネルトランジスタの形成領域における前記第1ゲート電極と前記第2P型ソースドレインと接続される領域および前記第1Pチャネルトランジスタの形成領域における前記第1ゲート電極の高さの差と、前記第2Nチャネルトランジスタの形成領域における前記第2ゲート電極と前記第1P型ソースドレインと接続される領域および前記第2Pチャネルトランジスタの形成領域における前記第2ゲート電極の高さの差は、前記第1および第2ゲート電極の半導体基板の面内におけるばらつきよりも大きい
    請求項に記載の半導体記憶装置。
  4. 前記第1P型ソースドレインは、前記第1N型ソースドレインより表面位置が高くなるように形成され、
    前記第2P型ソースドレインは、前記第2N型ソースドレインより表面位置が高くなるように形成されている
    請求項1に記載の半導体記憶装置。
  5. 前記第1P型ソースドレインと前記第1N型ソースドレインとの表面位置の差、および前記第2P型ソースドレインと前記第2N型ソースドレインとの表面位置の差は、前記第1および第2ゲート電極の半導体基板の面内におけるばらつきよりも大きい
    請求項に記載の半導体記憶装置。
  6. 半導体基板の活性領域に形成された第1N型ソースドレインを有する第1Nチャネルトランジスタと第1P型ソースドレインを有する第1Pチャネルトランジスタを有して第1記憶ノードが構成される第1インバータと、前記半導体基板の活性領域に形成された第2N型ソースドレインを有する第2Nチャネルトランジスタと第2P型ソースドレインを有する第2Pチャネルトランジスタを有して第2記憶ノードが構成される第2インバータとを有し、前記第1Nチャネルトランジスタと前記第1Pチャネルトランジスタを構成する第1ゲート電極が前記第2記憶ノードである前記第2P型ソースドレインまで延伸して当該第2P型ソースドレインに接続され、前記第2Nチャネルトランジスタと前記第2Pチャネルトランジスタを構成する第2ゲート電極が前記第1記憶ノードである前記第1P型ソースドレインまで延伸して当該第1P型ソースドレインに接続されているメモリセルが複数個集積された半導体記憶装置の製造方法であって、
    前記第1Nチャネルトランジスタと、前記第1Pチャネルトランジスタと、前記第2Pチャネルトランジスタの各形成領域における各前記活性領域上に、前記第1Pチャネルトランジスタおよび前記第2Pチャネルトランジスタの形成領域における高さが前記第1Nチャネルトランジスタの形成領域における高さよりも低い前記第1ゲート電極を形成し、前記第1Pチャネルトランジスタと、前記第2Pチャネルトランジスタと、前記第2Nチャネルトランジスタの各形成領域における前記活性領域上に、前記第1Pチャネルトランジスタおよび前記第2Pチャネルトランジスタの形成領域における高さが前記第2Nチャネルトランジスタの形成領域における高さよりも低い前記第2ゲート電極を形成する、ゲート電極形成工程と、
    前記第1および第2ゲート電極の両側部における前記半導体基板上に、サイドウォール絶縁膜を形成する、サイドウォール絶縁膜形成工程と、
    前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極と前記サイドウォール絶縁膜とをマスクとして、前記第1Nチャネルトランジスタおよび前記第2Nチャネルトランジスタの各形成領域における各前記活性領域の表層に、前記第1N型ソースドレインおよび前記第2N型ソースドレインをそれぞれ形成する、N型ソースドレイン形成工程と、
    前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極と前記サイドウォール絶縁膜とをマスクとして、前記第1Pチャネルトランジスタの形成領域における前記活性領域の表層に、前記第1P型ソースドレインを形成し、前記第2Pチャネルトランジスタの形成領域における前記活性領域の表層に、前記第2P型ソースドレインを形成する、P型ソースドレイン形成工程と、
    前記第1Nチャネルトランジスタ、第2Nチャネルトランジスタ、前記第1Pチャネルトランジスタ、および第2Pチャネルトランジスタを被覆して、前記活性領域に対して引っ張り応力を与える応力膜を形成する、応力膜形成工程と、
    前記応力膜を被覆するように層間絶縁膜を形成する、層間絶縁膜形成工程と、
    前記第1ゲート電極の上面から前記第1ゲート電極に隣接した前記第2P型ソースドレインの表面まで連通して開口する第1共通コンタクトホールと、前記第2ゲート電極の上面から前記第2ゲート電極に隣接した前記第1P型ソースドレインの表面まで連通して開口する第2共通コンタクトホールとを、前記層間絶縁膜に形成する、共通コンタクトホール形成工程と、
    前記第1共通コンタクトホールに第1導電層を埋め込むことによって前記第1ゲート電極と前記第2P型ソースドレインとを電気的に接続し、前記第2共通コンタクトホールに第2導電層を埋め込むことによって前記第2ゲート電極と前記第1P型ソースドレインとを電気的に接続する、導電層形成工程と
    を有する半導体記憶装置の製造方法。
  7. 前記P型ソースドレイン形成工程において、前記第1P型ソースドレインおよび前記第2P型ソースドレインの表面が前記第1N型ソースドレインおよび前記第2N型ソースドレインの表面よりも高くなるように、前記第1および第2P型ソースドレインを形成する
    請求項に記載の半導体記憶装置の製造方法。
JP2006235481A 2006-08-31 2006-08-31 半導体記憶装置およびその製造方法 Expired - Fee Related JP4923871B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006235481A JP4923871B2 (ja) 2006-08-31 2006-08-31 半導体記憶装置およびその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006235481A JP4923871B2 (ja) 2006-08-31 2006-08-31 半導体記憶装置およびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008060321A JP2008060321A (ja) 2008-03-13
JP4923871B2 true JP4923871B2 (ja) 2012-04-25

Family

ID=39242718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006235481A Expired - Fee Related JP4923871B2 (ja) 2006-08-31 2006-08-31 半導体記憶装置およびその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4923871B2 (ja)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000049237A (ja) * 1998-07-28 2000-02-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2002076336A (ja) * 2000-09-01 2002-03-15 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置およびsoi基板
JP3914114B2 (ja) * 2002-08-12 2007-05-16 株式会社東芝 半導体装置およびその製造方法
JP2004253730A (ja) * 2003-02-21 2004-09-09 Renesas Technology Corp 半導体集積回路装置およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008060321A (ja) 2008-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5286701B2 (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
CN107039531A (zh) 半导体结构及其形成方法
US20110278646A1 (en) Balance Step-Height Selective Bi-Channel Structure on HKMG Devices
JP2010123947A (ja) 性能を改善する新しいレイアウト構造
JP2006339476A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2002118255A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2010502015A (ja) 相補型シリコン・オン・インシュレータ(soi)接合型電界効果トランジスタ、及びその製造方法
JP2009088069A (ja) 半導体装置及びその製造方法
US6469350B1 (en) Active well schemes for SOI technology
JP5137378B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP4308625B2 (ja) メモリ混載半導体装置及びその製造方法
JP2007005575A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2008041895A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2005197462A (ja) 半導体装置及びその製造方法
US8274102B2 (en) Semiconductor device
US20080230838A1 (en) Semiconductor memory device and manufacturing process therefore
JP2003168746A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP4923871B2 (ja) 半導体記憶装置およびその製造方法
US8324070B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
KR100642649B1 (ko) 웰 바이어스 전압을 인가할 수 있는 반도체 소자 및 그제조방법
JP4159737B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP3116889B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP2008091683A (ja) 半導体記憶装置およびその製造方法
JP4701850B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2006140290A (ja) 半導体装置およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090306

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110203

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110208

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110331

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: 20120110

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120123

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150217

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150217

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees