JPH10189769A - Semiconductor device and fabrication thereof - Google Patents

Semiconductor device and fabrication thereof

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JPH10189769A
JPH10189769A JP8350824A JP35082496A JPH10189769A JP H10189769 A JPH10189769 A JP H10189769A JP 8350824 A JP8350824 A JP 8350824A JP 35082496 A JP35082496 A JP 35082496A JP H10189769 A JPH10189769 A JP H10189769A
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JP
Japan
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forming
insulating film
layer
semiconductor device
gate electrode
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JP8350824A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Nakamura
耕一 中村
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate machining of a contact while enhancing the machining margin, to stabilize the resistance at a storage node contact part, to facilitate isolation while preventing deterioration of breakdown strength between diffusion layers and to reduce junction capacity and line capacity. SOLUTION: A gate electrode for semiconductor element, a power supply line, a high resistance line, and the like, are formed in multilayer on a semiconductor substrate 2. A trench 4 is then made in a region for forming a first layer line pattern corresponding to a gate electrode for semiconductor element on the surface of semiconductor substrate 2. Subsequently, an insulation layer 6 is formed on the entire surface of the surface of semiconductor substrate 2 including the trench 4 followed by formation of a single crystal silicon layer 7, serving as the diffusion layer and the channel part of the semiconductor element, on the insulation layer 6.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばSRAMな
どの半導体メモリに用いて好適な半導体装置およびその
製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device suitable for use in a semiconductor memory such as an SRAM, for example, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7は、0.35μm世代における代表
的なSRAMのメモリセル部の層間構造を示す断面図で
ある。以下、本図に基づいて、従来の製造工程の概要を
説明する。まず、Si基板122に、例えばLOCOS
(local oxidation of silicon)構造を有する素子分離
酸化膜124を選択的に形成した後、素子分離酸化膜1
24で囲まれた素子活性領域の基板表面にゲート酸化膜
126を形成する。その後、ポリサイド層からなるMO
Sトランジスタのゲート電極(第1の配線層も兼ねる)
128を形成した後、ゲート電極128の両側の素子活
性領域にLDD(lightly doped drain )構造を形成す
るための低濃度拡散層130を形成する。次いで、酸化
膜からなるサイドウォール132を形成した後、MOS
トランジスタのソースおよびドレインとなる高濃度拡散
層134を形成する。その後、第1の層間絶縁膜136
をCVD法によって全面に形成し、接地線を形成すべき
高濃度拡散層やMOSトランジスタのソースおよびドレ
インに達する第1の接続孔138を設ける。次に、かか
る第1の接続孔138を介して第2の配線層140をポ
リサイド層によって形成し、さらに第2の層間絶縁膜1
42を全面に形成する。
2. Description of the Related Art FIG. 7 is a sectional view showing an interlayer structure of a memory cell portion of a typical SRAM in the 0.35 μm generation. Hereinafter, an outline of a conventional manufacturing process will be described with reference to FIG. First, for example, LOCOS
After selectively forming the isolation oxide film 124 having a (local oxidation of silicon) structure, the isolation oxide film 1 is formed.
A gate oxide film 126 is formed on the substrate surface of the element active region surrounded by 24. Then, an MO composed of a polycide layer
Gate electrode of S transistor (also serves as first wiring layer)
After forming the gate electrode 128, a low concentration diffusion layer 130 for forming a lightly doped drain (LDD) structure is formed in the element active region on both sides of the gate electrode 128. Next, after forming a sidewall 132 made of an oxide film,
A high concentration diffusion layer to be a source and a drain of the transistor is formed. After that, the first interlayer insulating film 136
Is formed over the entire surface by a CVD method, and a first connection hole 138 that reaches the source and drain of the MOS transistor and the high concentration diffusion layer where the ground line is to be formed. Next, a second wiring layer 140 is formed of a polycide layer through the first connection hole 138, and the second interlayer insulating film 1 is formed.
42 is formed on the entire surface.

【0003】次に、第2の層間絶縁膜142および第1
の層間絶縁膜136にエッチングにより第2の接続孔1
48を開口し、その後、第2の層間絶縁膜142上に高
抵抗負荷素子を含む第3の配線層150を形成する。次
いで、第3の層間絶縁膜152を全面に形成し、さらに
高抵抗素子への水分の浸入を防ぐためのSi34 層1
54を形成する。そして、このSi34 層154の上
に、第4の層間絶縁膜156を形成した後、この第4の
層間絶縁膜156の平坦化処理を行う。
Next, the second interlayer insulating film 142 and the first
The second connection hole 1 is formed in the interlayer insulating film 136 by etching.
The third wiring layer 150 including the high-resistance load element is formed on the second interlayer insulating film 142. Next, a third interlayer insulating film 152 is formed on the entire surface, and further a Si 3 N 4 layer 1 for preventing infiltration of moisture into the high-resistance element.
54 are formed. Then, after forming a fourth interlayer insulating film 156 on the Si 3 N 4 layer 154, the fourth interlayer insulating film 156 is planarized.

【0004】その後、第2の配線層140とビット線を
接続するために、第3の接続孔158を開口する。次
に、全面にTi/TiN層160を順次スパッタリング
法によって成膜し、次いで第3の接続孔158を含む第
4の層間絶縁膜156上にタングステン層を形成し、全
面エッチバックにより埋め込みタングステン層162を
形成する。次に、第4の層間絶縁膜156上にTi/T
iN層およびアルミニウム系合金層をスパッタリング法
によって成膜し、パターニングして、ビット線である第
4の配線層164を形成する。そして、全面にオーバコ
ート膜166を形成する。
Thereafter, a third connection hole 158 is opened to connect the second wiring layer 140 and the bit line. Next, a Ti / TiN layer 160 is sequentially formed on the entire surface by a sputtering method, then a tungsten layer is formed on the fourth interlayer insulating film 156 including the third connection hole 158, and a buried tungsten layer is formed by etch back on the entire surface. 162 are formed. Next, Ti / T is formed on the fourth interlayer insulating film 156.
The iN layer and the aluminum-based alloy layer are formed by a sputtering method, and are patterned to form a fourth wiring layer 164 which is a bit line. Then, an overcoat film 166 is formed on the entire surface.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置、特
にSRAMとして構成された半導体装置は以上のように
構成されているので、シリコン基板上にトランジスタゲ
ート電極、電源配線、高抵抗配線などを形成するため第
3層配線構造において配線膜厚段差が生じ、上層の配線
加工が困難になる課題があった。また、従来の半導体装
置の素子分離に用いられているPPLプロセスは、0.
35ミクロン世代以降においてはプロセスバラツキに対
する素子分離マージンの確保が困難となって、微細化を
妨げる原因となる課題があった。また、拡散層をシリコ
ン基板表面に形成するため、接合容量や配線容量が大き
くなって、半導体装置の高速動作に悪影響を及ぼし、さ
らに拡散層不純物の熱拡散により拡散層の抵抗の上昇や
ソース・ドレイン間の耐圧の低下を招く恐れが生じるな
どの課題があった。
Since a conventional semiconductor device, particularly a semiconductor device configured as an SRAM, is configured as described above, a transistor gate electrode, a power supply wiring, a high resistance wiring and the like are formed on a silicon substrate. Therefore, there is a problem that a wiring film thickness step occurs in the third-layer wiring structure, and that wiring processing of an upper layer becomes difficult. Further, the PPL process used for element isolation of a conventional semiconductor device has a capacity of 0.1 mm.
From the 35-micron generation onward, there is a problem that it becomes difficult to secure an element isolation margin with respect to process variations, which hinders miniaturization. In addition, since the diffusion layer is formed on the surface of the silicon substrate, the junction capacitance and the wiring capacitance increase, which adversely affects the high-speed operation of the semiconductor device. There has been a problem that the withstand voltage between the drains may be reduced.

【0006】そこで本発明の目的は、加工マージンを高
めるとともにコンタクト加工を容易にし、記憶ノードコ
ンタクト部の抵抗を安定させ、素子間分離が容易で拡散
層間の耐圧の低下を防ぎ、接合容量や配線容量を低減で
き、高密度化および高速動作を実現する半導体装置およ
びその製造方法を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to increase a processing margin and facilitate contact processing, stabilize the resistance of a storage node contact portion, facilitate isolation between elements, prevent a decrease in breakdown voltage between diffusion layers, and reduce junction capacitance and wiring. An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing the capacity, realizing high density and high speed operation, and a method for manufacturing the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、半導体基板上に半導体素子のためのゲート電
極、電源配線及び高抵抗配線等を多層に形成する構造の
半導体装置であって、前記半導体基板表面の半導体素子
用ゲート電極に対応する第1層目の配線パターン形成領
域に溝部を形成したことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device having a structure in which a gate electrode, a power supply wiring, a high resistance wiring, and the like for a semiconductor element are formed in multiple layers on a semiconductor substrate. A groove is formed in a first-layer wiring pattern formation region corresponding to a semiconductor element gate electrode on the surface of the semiconductor substrate.

【0008】また本発明は、半導体基板上に第1導電型
のドライバトランジスタ及びアクセストランジスタと、
第2導電型の高抵抗負荷素子トランジスタとからなるメ
モリセルを形成する半導体装置の製造方法であって、前
記半導体基板上の前記ドライバトランジスタ及びアクセ
ストランジスタのゲート電極パターンに対応する形成領
域に溝部を形成する第1の工程と、前記溝部を含む半導
体基板の表面に絶縁膜を形成する第2の工程と、前記溝
部に対応する絶縁膜上に前記ドライバトランジスタ及び
アクセストランジスタのドレイン・ソース用拡散部及び
チャネル部形成のための単結晶シリコン層を形成する第
3の工程と、前記ドライバトランジスタ及びアクセスト
ランジスタのチャネル部に第1層配線パターンによりゲ
ート電極を形成する第4の工程と、前記ゲート電極の形
成されたドライバトランジスタ及びアクセストランジス
タ上に層間絶縁膜及び第2層配線パターンを形成すると
ともに前記アクセストランジスタのドレイン・ソース用
拡散部に対してコンタクト形成する第5の工程と、前記
第2層配線パターンを覆う層間絶縁膜を形成した後、該
層間絶縁膜上に前記高抵抗負荷素子及び電源配線となる
第3層配線パターン、及び前記アクセストランジスタの
拡散部とゲート電極のコンタクトを形成する第6の工程
と、前記第3層配線パターンを覆う層間絶縁膜を形成し
た後、該層間絶縁膜上に前記第2層配線パターンに接続
されるビットコンタクトをタングステンプラグコンタク
トを用いて形成する第7の工程と、前記ビット配線パタ
ーンを形成する第8の工程とを備えていることを特徴と
する。
According to the present invention, a driver transistor and an access transistor of a first conductivity type are provided on a semiconductor substrate;
A method of manufacturing a semiconductor device for forming a memory cell comprising a high resistance load element transistor of a second conductivity type, comprising forming a groove in a formation region on the semiconductor substrate corresponding to a gate electrode pattern of the driver transistor and the access transistor. A first step of forming, a second step of forming an insulating film on a surface of the semiconductor substrate including the groove, and a diffusion part for drain and source of the driver transistor and the access transistor on the insulating film corresponding to the groove. A third step of forming a single-crystal silicon layer for forming a channel portion and a fourth step of forming a gate electrode in a channel portion of the driver transistor and the access transistor by a first-layer wiring pattern; Interlayer insulating film on the driver transistor and the access transistor formed with Forming a second wiring pattern and forming a contact with the drain / source diffusion portion of the access transistor; and forming an interlayer insulating film covering the second wiring pattern. A sixth step of forming a third-layer wiring pattern serving as the high-resistance load element and power supply wiring on an insulating film, and forming a contact between the diffusion portion of the access transistor and a gate electrode; and an interlayer covering the third-layer wiring pattern. After forming an insulating film, a seventh step of forming a bit contact connected to the second layer wiring pattern on the interlayer insulating film by using a tungsten plug contact, and an eighth step of forming the bit wiring pattern And a process.

【0009】本発明の半導体装置およびその製造方法に
おいては、ドライバトランジスタ及びアクセストランジ
スタ等の半導体素子のゲート電極に対応する第1層配線
パターンと対応する半導体基板表面に溝部が形成される
ので、多層構造にしたときの上層部の配線加工において
下地段差が小さくなって加工マージンなどの点で有利と
なる。また、拡散層と第1層配線パターンとの高さをほ
ぼ同等に構成できるためコンタクト加工が容易になる。
また、トランジスタのチャネル下に形成される絶縁膜
は、拡散層不純物のアウトディフュージョンによる拡散
層の抵抗低下などを有効に防止する。また、トランジス
タなどの素子分離を絶縁体により完全に行うことが可能
となって拡散層間の耐圧が向上し、前記素子の高密度化
が容易になる。また、エピタキシャル法による単結晶シ
リコン膜で形成されるトランジスタのチャネルは、ウェ
ル抵抗を小さくし寄生サイリスタが構成されるのを防止
する。
In the semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the present invention, a groove is formed on the surface of the semiconductor substrate corresponding to the first layer wiring pattern corresponding to the gate electrode of the semiconductor element such as a driver transistor and an access transistor. In the wiring processing of the upper layer portion in the case of the structure, the step of the base becomes small, which is advantageous in terms of processing margin and the like. Further, since the height of the diffusion layer and the height of the first layer wiring pattern can be made substantially equal, the contact processing becomes easy.
Further, the insulating film formed below the channel of the transistor effectively prevents the resistance of the diffusion layer from being reduced due to out diffusion of the impurity of the diffusion layer. Further, it becomes possible to completely perform element isolation of a transistor or the like by using an insulator, thereby improving the breakdown voltage between the diffusion layers and easily increasing the density of the element. The channel of a transistor formed of a single crystal silicon film by an epitaxial method reduces well resistance and prevents formation of a parasitic thyristor.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】次に、本発明による半導体装置お
よびその製造方法の実施の形態について説明する。図1
〜図6は、本発明の製造方法による高抵抗負荷型SRA
Mのメモリセル部の製造工程例を示す断面図である。
Next, embodiments of a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described. FIG.
6 to FIG. 6 show a high resistance load type SRA according to the manufacturing method of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating an example of a manufacturing process of the memory cell unit of M.

【0011】まず、図1(a)において、Si基板2の
表面に、高抵抗負荷型SRAMのメモリセル部を構成す
るドライバトランジスタ及びアクセストランジスタのゲ
ート電極パターンに相当する第1層目の配線パターン部
をレジストで開口した後、等方性等エッチングにより溝
部4を形成する。この溝部4の深さは第1層目の配線膜
厚(140〜300nm)と同等に設定し、また、溝部
の横方向テーパ量も溝部の深さも同等になるように形成
する。次いで、図1(b)に示すように、溝部4を含む
Si基板2の表面にCVD法によりSiOからなる絶縁
膜6を、例えば100nmの厚さに形成する。
First, in FIG. 1A, a first layer wiring pattern corresponding to a gate electrode pattern of a driver transistor and an access transistor constituting a memory cell portion of a high resistance load type SRAM is formed on a surface of a Si substrate 2. After opening the portion with a resist, a groove portion 4 is formed by isotropic etching or the like. The depth of the groove 4 is set to be equal to the first layer wiring thickness (140 to 300 nm), and the groove is formed so that the lateral taper amount of the groove and the depth of the groove are equal. Next, as shown in FIG. 1B, an insulating film 6 made of SiO is formed on the surface of the Si substrate 2 including the groove 4 by CVD, for example, to a thickness of 100 nm.

【0012】次に、図2(a)において、絶縁膜6上に
レーザアニール法によりN型の単結晶シリコン膜7を、
例えば100nmに形成した後、この単結晶シリコン膜
7のNMOS形成領域にボロンを選択的にイオン注入し
て、N型エピタキシャル単結晶シリコン膜中にドライバ
トランジスタ及びアクセストランジスタのPウェル領域
8を形成する。更にドライバトランジスタのPウェル領
域8の素子分離領域には、LP−SiN(低圧でのシリ
コンナイトライド)をマスクとしてPR/ET(フォト
レジスト/エッチング)によりパターニングを行い、酸
化によりSiO2 膜10を形成する。次いで、図2
(b)に示すように、Pウェル領域8の表面にゲート酸
化膜12を形成した後、第1のポリシリコン層14(厚
さ70〜150nm)及び第1のシリサイド層16(厚
さ70〜150nm)をCVD法やスパッタリングによ
り順次形成することにより、ポリサイド層からなる第1
層目配線のMOSトランジスタのゲート電極16を形成
する。その後、ゲート電極16の両側の素子活性領域に
LDD構造を形成するためのN型の低濃度不純物領域1
8を、ゲート電極と自己整合的にヒ素をイオン注入する
ことで形成する。同様にPMOS形成領域と周辺回路の
電源(Vss)ラインコンタクト部に低濃度のボロンを
注入することでP形の低濃度不純物領域20を形成す
る。
Next, in FIG. 2A, an N-type single-crystal silicon film 7 is formed on the insulating film 6 by a laser annealing method.
For example, after being formed to a thickness of 100 nm, boron is selectively ion-implanted into the NMOS formation region of the single crystal silicon film 7 to form the P well region 8 of the driver transistor and the access transistor in the N-type epitaxial single crystal silicon film. . Further, in the element isolation region of the P well region 8 of the driver transistor, patterning is performed by PR / ET (photoresist / etching) using LP-SiN (silicon nitride at low pressure) as a mask, and the SiO 2 film 10 is formed by oxidation. Form. Then, FIG.
As shown in (b), after forming a gate oxide film 12 on the surface of the P well region 8, a first polysilicon layer 14 (70 to 150 nm thick) and a first silicide layer 16 (70 to 150 nm thick) are formed. 150 nm) by a CVD method or a sputtering method.
The gate electrode 16 of the MOS transistor of the layer wiring is formed. Thereafter, an N-type low-concentration impurity region 1 for forming an LDD structure in the element active region on both sides of the gate electrode 16 is formed.
8 is formed by ion-implanting arsenic in a self-aligned manner with the gate electrode. Similarly, P-type low-concentration impurity regions 20 are formed by injecting low-concentration boron into a PMOS formation region and a power supply (Vss) line contact portion of a peripheral circuit.

【0013】次に、図3(a)において、ゲート側壁に
サイドウオール22を形成した後、N型の低濃度不純物
領域18に高濃度のヒ素をイオン注入することでN型の
ソース・ドレイン用の拡散層24を形成し、LDD構造
のNMOSトランジスタを形成する。同様に、P形の低
濃度不純物領域20と周辺回路の電源(Vss)ライン
コンタクト部にはボロンを注入することでP形の高濃度
のソース・ドレイン用の拡散層26を形成する。次い
で、図3(b)において、第1の層間絶縁膜28を形成
し、拡散層と第2層目配線に対するVssラインコンタ
クトおよびビットコンタクト孔30を形成する。
Next, in FIG. 3A, after forming a sidewall 22 on the gate side wall, high-concentration arsenic is ion-implanted into the N-type low-concentration impurity region 18 to form an N-type source / drain. Is formed, and an NMOS transistor having an LDD structure is formed. Similarly, by implanting boron into the P-type low-concentration impurity region 20 and the power supply (Vss) line contact portion of the peripheral circuit, a P-type high-concentration source / drain diffusion layer 26 is formed. Next, in FIG. 3B, a first interlayer insulating film 28 is formed, and a Vss line contact and a bit contact hole 30 for a diffusion layer and a second-layer wiring are formed.

【0014】次に、図4(a)において、第1の層間絶
縁膜28上及び配線Vssラインコンタクトおよびビッ
トコンタクト孔30に、第2のポリシリコン層32(厚
さ60〜60nm)及び第2のシリサイド層34(厚さ
60〜80nm)を順次CVD法やスパッタリングによ
り形成して、ポリサイド層からなるVddラインとなる
第2層目配線36を形成するとともに、ポリシリコン層
32及びポリサイド層34にビットコンタクトパッド4
0を形成する。次いで、図4(b)において、第2の層
間絶縁膜42を全面に形成した後、SRAMを構成する
高抵抗負荷抵抗素子と記憶ノードである拡散層26を接
続するために、リゾグラフィ技術により第2の層間絶縁
膜42及び第1の層間絶縁膜28に接続孔44を形成す
る。その後、第2の層間絶縁膜42上に高抵抗負荷抵抗
素子およびVddラインとなる第3層目配線を兼ねたポ
リシリコン層46を形成し、このポリシリコン層46に
BF2+またはリンをイオン注入した後パターニングす
る。また、PMOS形成領域と周辺回路部の電源(Vd
d)ラインコンタクト部にボロンを注入してP型の高濃
度不純物領域を形成し、第3層目配線、高抵抗負荷抵抗
素子およびVddラインを形成する。
Next, in FIG. 4A, a second polysilicon layer 32 (60 to 60 nm in thickness) and a second polysilicon layer 32 are formed on the first interlayer insulating film 28 and the wiring Vss line contact and the bit contact hole 30. A silicide layer 34 (thickness: 60 to 80 nm) is sequentially formed by a CVD method or sputtering to form a second-layer wiring 36 serving as a Vdd line composed of a polycide layer, and to form a second layer wiring 36 on the polysilicon layer 32 and the polycide layer 34. Bit contact pad 4
0 is formed. Next, in FIG. 4B, after a second interlayer insulating film 42 is formed on the entire surface, in order to connect the high resistance load resistance element constituting the SRAM and the diffusion layer 26 as a storage node, a second step is performed by lithography technology. A connection hole is formed in the second interlayer insulating film and the first interlayer insulating film. Thereafter, on the second interlayer insulating film 42, a polysilicon layer 46 also serving as a high-resistance load resistance element and a third-layer wiring serving as a Vdd line is formed, and BF2 + or phosphorus is ion-implanted into the polysilicon layer 46. After patterning. Also, the power supply (Vd
d) Boron is implanted into the line contact portion to form a P-type high-concentration impurity region, and a third-layer wiring, a high-resistance load resistance element, and a Vdd line are formed.

【0015】次に、図5において、第3の層間絶縁膜4
8を全面に形成した後、Si34系の反射防止膜50
を形成する。そして、この反射防止膜50上にBPSG
などの第4の層間絶縁膜52を300〜700nm形成
した後、850゜〜900゜Cの温度でアニールしリフ
ローにより平坦化処理する。次に、図6において、ビッ
トコンタクトパッド40の第2層目配線38と接続する
ために、第4の層間絶縁膜52、第3の層間絶縁膜48
及び第2の層間絶縁膜42にビットコンタクト孔54を
形成する。その後、第4の層間絶縁膜52の全面にTi
/TiN層56をスパッタリング法により形成し、次い
でビットコンタクト孔54を含む第4の層間絶縁膜52
のTi/TiN層56にタングステン層を形成し、エッ
チバックによりビットコンタクト孔54に埋込みタング
ステン層58を形成する。次に、第4の層間絶縁膜52
上にアルミニウム系合金層をスパッタリング法により成
膜し、パターニングして、ビット線であるビット配線層
60を形成する。なお、62はビット配線層60上に形
成した反射防止膜である
Next, in FIG. 5, a third interlayer insulating film 4 is formed.
8 is formed on the entire surface, and then a Si 3 N 4 based antireflection film 50 is formed.
To form Then, BPSG is formed on the anti-reflection film 50.
After forming a fourth interlayer insulating film 52 of 300 to 700 nm, annealing is performed at a temperature of 850 to 900 ° C., and a flattening process is performed by reflow. Next, in FIG. 6, the fourth interlayer insulating film 52 and the third interlayer insulating film 48 are connected to connect to the second-layer wiring 38 of the bit contact pad 40.
Then, a bit contact hole 54 is formed in the second interlayer insulating film 42. Thereafter, Ti is deposited on the entire surface of the fourth interlayer insulating film 52.
/ TiN layer 56 is formed by a sputtering method, and then a fourth interlayer insulating film 52 including a bit contact hole 54 is formed.
A tungsten layer is formed in the Ti / TiN layer 56, and a tungsten layer 58 is formed in the bit contact hole 54 by etch-back. Next, the fourth interlayer insulating film 52
An aluminum-based alloy layer is formed thereon by sputtering, and is patterned to form a bit wiring layer 60 as a bit line. Reference numeral 62 denotes an anti-reflection film formed on the bit wiring layer 60.

【0016】以上説明したように本実施の形態の半導体
装置では、シリコン基板2上に形成される、高抵抗負荷
型SRAMのメモリセル用ドライバトランジスタ及びア
クセストランジスタのゲート電極パターン形成領域に溝
部4を形成し、この溝部4を含むシリコン基板2の全面
に絶縁膜6を形成した後、この絶縁膜6上にSRAMの
メモリセル部を構成するドライバトランジスタ及びアク
セストランジスタを形成するものであるから、第2層
目、第3層目配線の形成における下地段差を従来の半導
体装置に比較して大幅に小さくできるとともに、加工マ
ージンを広げることができる。また、溝部4の深さは拡
散層と第1層目配線の高さとほぼ同じであるため、コン
タクト加工が容易になり、記憶ノードコンタクト部の拡
散層が溝部のエッジ部に掛かるため、コンタクト接触面
積が広がり、その抵抗値が安定化する効果がある。ま
た、MOSトランジスタのチャネル領域下に絶縁膜6が
形成されることにより、拡散層不純物のアウトディフュ
ージョンによる拡散層の抵抗低下が起こりにくく、か
つ、絶縁膜6による完全な素子分離が容易で拡散層間の
耐圧を向上できるほか、メモリセルの高密度化の容易に
なる。また、MOSトランジスタのチャネル領域をエピ
タキシャル法による単結晶膜で形成することにより、ウ
ェル抵抗を小さくでき、寄生サイリスタをなくすことが
できるほか、寄生容量(接合容量や配線容量)を低減で
き、SRAMの高速動作を可能にする。
As described above, in the semiconductor device of the present embodiment, the trench 4 is formed in the gate electrode pattern formation region of the memory transistor driver transistor and the access transistor of the high resistance load type SRAM formed on the silicon substrate 2. After forming an insulating film 6 on the entire surface of the silicon substrate 2 including the groove 4, a driver transistor and an access transistor constituting a memory cell portion of the SRAM are formed on the insulating film 6. The level difference in the formation of the second and third wiring layers can be significantly reduced as compared with the conventional semiconductor device, and the processing margin can be increased. Further, the depth of the groove 4 is substantially the same as the height of the diffusion layer and the first layer wiring, so that the contact processing is facilitated, and since the diffusion layer of the storage node contact portion hangs over the edge of the groove, the contact contact is made. This has the effect of increasing the area and stabilizing the resistance value. Further, since the insulating film 6 is formed under the channel region of the MOS transistor, the resistance of the diffusion layer is hardly reduced due to the outdiffusion of the impurity of the diffusion layer. , And the density of the memory cells can be easily increased. Further, by forming the channel region of the MOS transistor with a single crystal film by an epitaxial method, well resistance can be reduced, a parasitic thyristor can be eliminated, and parasitic capacitance (junction capacitance and wiring capacitance) can be reduced. Enables high-speed operation.

【0017】なお、上記の例では、本発明をSRAMに
適用した場合について説明したが、本発明はSRAMに
限らず、DRAMやその他の半導体装置に適用すること
ができる。
In the above example, the case where the present invention is applied to an SRAM has been described. However, the present invention is not limited to an SRAM, but can be applied to a DRAM and other semiconductor devices.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体基板上に形成される多層配線構造の半導体素子に対
するゲート電極パターン等の第1層目配線の形成領域に
溝部を形成し、この溝部を含む半導体基板の全面に絶縁
膜を形成した後、この絶縁膜上にSRAM等の半導体素
子を形成する構造にしたので、第2層目及び第3層目配
線の形成における下地段差を大幅に小さくできるととも
に、加工マージンを広げることができる。また、溝部の
深さは拡散層と第1層目配線の高さとほぼ同じであるた
め、コンタクト加工が容易になり、記憶ノードコンタク
ト部の拡散層が溝部のエッジ部に掛かるため、コンタク
ト接触面積が広がり、その抵抗値を安定化できる効果が
ある。また、半導体素子がMOSトランジスタである場
合、そのチャネル領域下に絶縁膜が形成されることによ
り、拡散層不純物のアウトディフュージョンによる拡散
層の抵抗低下が起こりにくく、かつ、絶縁膜による完全
な素子分離が容易で拡散層間の耐圧を向上できるほか、
メモリセルの高密度化を容易にする。また、半導体素子
がMOSトランジスタの場合、そのチャネル領域をエピ
タキシャル法による単結晶膜で形成することにより、ウ
ェル抵抗を小さくでき、寄生サイリスタをなくすことが
できるほか、寄生容量を低減でき、SRAMの動作を高
速化できる効果がある。
As described above, according to the present invention, a groove is formed in a region for forming a first layer wiring such as a gate electrode pattern for a semiconductor element having a multilayer wiring structure formed on a semiconductor substrate. Since an insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the groove, and a semiconductor element such as an SRAM is formed on the insulating film, the level difference between the underlying layers in forming the second and third wiring layers is greatly reduced. And the processing margin can be widened. Further, the depth of the groove is substantially the same as the height of the diffusion layer and the first layer wiring, so that the contact processing is facilitated, and the diffusion layer of the storage node contact portion is applied to the edge of the groove, so that the contact contact area is reduced. And the resistance value can be stabilized. Further, when the semiconductor element is a MOS transistor, an insulating film is formed under the channel region, so that the resistance of the diffusion layer is unlikely to be reduced due to out-diffusion of the diffusion layer impurities, and complete isolation by the insulating film is achieved. Is easy and the breakdown voltage between the diffusion layers can be improved.
It is easy to increase the density of memory cells. Further, when the semiconductor element is a MOS transistor, the channel region is formed of a single crystal film by an epitaxial method, so that the well resistance can be reduced, the parasitic thyristor can be eliminated, and the parasitic capacitance can be reduced. The effect is that the speed can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a),(b)は本発明による半導体装置の製
造工程の一例を示す断面図である。
FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views illustrating an example of a manufacturing process of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】(a),(b)は本発明による半導体装置の製
造工程の一例を示す断面図である。
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views illustrating an example of a manufacturing process of a semiconductor device according to the present invention.

【図3】(a),(b)は本発明による半導体装置の製
造工程の一例を示す断面図である。
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views illustrating an example of a manufacturing process of a semiconductor device according to the present invention.

【図4】(a),(b)は本発明による半導体装置の製
造工程の一例を示す断面図である。
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views illustrating an example of a manufacturing process of a semiconductor device according to the present invention.

【図5】本発明による半導体装置の製造工程の一例を示
す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the semiconductor device according to the present invention.

【図6】本発明による半導体装置の製造工程の一例を示
す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view illustrating an example of a manufacturing process of the semiconductor device according to the present invention.

【図7】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2……シリコン基板(半導体基板)、4……溝部、6…
…絶縁膜、7……単結晶シリコン膜、8……ウェル領域
(チャネル)、14……ポリシリコン層、16……ゲー
ト電極(ポリサイド層、第1層目配線)、24……拡散
層(Nch−ソース・ドレイン領域)、26……拡散層
(Pch−ソース・ドレイン領域)、28……第1の層
間絶縁膜、32……ポリシリコン層、34……ポリサイ
ド層、38……第2層目配線、42……第2の層間絶縁
膜、46……ポリシリコン層(第3層目配線)、48…
…第3の層間絶縁膜、52……第4の層間絶縁膜、54
……ビットコンタクト孔、58……埋込みタングステン
層、60……ビット配線層。
2 ... silicon substrate (semiconductor substrate), 4 ... groove, 6 ...
... Insulating film, 7 single crystal silicon film, 8 well region (channel), 14 polysilicon layer, 16 gate electrode (polycide layer, first layer wiring), 24 diffusion layer ( Nch-source / drain region), 26 diffusion layer (Pch-source / drain region), 28 first interlayer insulating film, 32 polysilicon layer, 34 polycide layer, 38 second Layer wiring, 42... Second interlayer insulating film, 46... Polysilicon layer (third layer wiring), 48.
... Third interlayer insulating film, 52... Fourth interlayer insulating film, 54
... bit contact holes, 58 ... buried tungsten layers, 60 ... bit wiring layers.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に半導体素子のためのゲー
ト電極、電源配線及び高抵抗配線等を多層に形成する構
造の半導体装置であって、 前記半導体基板表面の半導体素子用ゲート電極に対応す
る第1層目の配線パターン形成領域に溝部を形成したこ
とを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having a structure in which a gate electrode, a power supply wiring, a high resistance wiring, and the like for a semiconductor element are formed in multiple layers on a semiconductor substrate, the semiconductor device corresponding to a gate electrode for a semiconductor element on a surface of the semiconductor substrate. A semiconductor device, wherein a groove is formed in a first-layer wiring pattern formation region.
【請求項2】 前記溝部を含む半導体基板の全面に絶縁
膜を形成し、この絶縁膜上に半導体素子の拡散層及びチ
ャネル部となる単結晶シリコン層を形成したことを特徴
とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein an insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the groove portion, and a single crystal silicon layer serving as a diffusion layer and a channel portion of the semiconductor element is formed on the insulating film. 13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項3】 前記半導体素子は、メモリセルを構成す
る第1導電型のドライバトランジスタ及びアクセストラ
ンジスタであることを特徴とする請求項2記載の半導体
装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein said semiconductor element is a first conductivity type driver transistor and an access transistor constituting a memory cell.
【請求項4】 前記チャネル部は、前記単結晶シリコン
層にエピタキシャル法によるイオン注入で形成されるこ
とを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 2, wherein said channel portion is formed by ion implantation by an epitaxial method into said single crystal silicon layer.
【請求項5】 半導体基板上に第1導電型のドライバト
ランジスタ及びアクセストランジスタと、第2導電型の
高抵抗負荷素子トランジスタとからなるメモリセルを形
成する半導体装置の製造方法であって、 前記半導体基板上の前記ドライバトランジスタ及びアク
セストランジスタのゲート電極パターンに対応する形成
領域に溝部を形成する第1の工程と、 前記溝部を含む半導体基板の表面に絶縁膜を形成する第
2の工程と、 前記溝部に対応する絶縁膜上に前記ドライバトランジス
タ及びアクセストランジスタのドレイン・ソース用拡散
部及びチャネル部形成のための単結晶シリコン層を形成
する第3の工程と、 前記ドライバトランジスタ及びアクセストランジスタの
チャネル部に第1層配線パターンによりゲート電極を形
成する第4の工程と、 前記ゲート電極の形成されたドライバトランジスタ及び
アクセストランジスタ上に層間絶縁膜及び第2層配線パ
ターンを形成するとともに前記アクセストランジスタの
ドレイン・ソース用拡散部に対してコンタクト形成する
第5の工程と、 前記第2層配線パターンを覆う層間絶縁膜を形成した
後、該層間絶縁膜上に前記高抵抗負荷素子及び電源配線
となる第3層配線パターン、及び前記アクセストランジ
スタの拡散部とゲート電極のコンタクトを形成する第6
の工程と、 前記第3層配線パターンを覆う層間絶縁膜を形成した
後、該層間絶縁膜上に前記第2層配線パターンに接続さ
れるビットコンタクトをタングステンプラグコンタクト
を用いて形成する第7の工程と、 前記ビット配線パターンを形成する第8の工程と、 を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a memory cell on a semiconductor substrate comprising a driver transistor and an access transistor of a first conductivity type and a high-resistance load element transistor of a second conductivity type; A first step of forming a groove in a formation region corresponding to a gate electrode pattern of the driver transistor and the access transistor on a substrate; a second step of forming an insulating film on a surface of a semiconductor substrate including the groove; A third step of forming a single-crystal silicon layer for forming a drain / source diffusion portion and a channel portion of the driver transistor and the access transistor on an insulating film corresponding to the trench; and a channel portion of the driver transistor and the access transistor. A fourth step of forming a gate electrode using a first layer wiring pattern A fifth step of forming an interlayer insulating film and a second layer wiring pattern on the driver transistor and the access transistor on which the gate electrode is formed, and forming a contact with a drain / source diffusion portion of the access transistor; After forming an interlayer insulating film covering the second layer wiring pattern, a third layer wiring pattern serving as the high resistance load element and the power supply wiring on the interlayer insulating film, and a diffusion portion of the access transistor and a gate electrode. 6th forming contact
Forming an interlayer insulating film covering the third layer wiring pattern, and forming a bit contact connected to the second layer wiring pattern on the interlayer insulating film using a tungsten plug contact. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step; and an eighth step of forming the bit wiring pattern.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100678462B1 (en) 2004-11-16 2007-02-02 삼성전자주식회사 Semiconductor integrated circuit devices having single crystalline thin film transistors and methods of fabricating the same

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