JPH1126711A - 半導体集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置およびその製造方法

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JPH1126711A
JPH1126711A JP9172683A JP17268397A JPH1126711A JP H1126711 A JPH1126711 A JP H1126711A JP 9172683 A JP9172683 A JP 9172683A JP 17268397 A JP17268397 A JP 17268397A JP H1126711 A JPH1126711 A JP H1126711A
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JP
Japan
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memory cell
integrated circuit
mis transistor
film
insulating film
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JP9172683A
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English (en)
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Masabumi Miyamoto
正文 宮本
Akira Nagai
亮 永井
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/09Manufacture or treatment with simultaneous manufacture of the peripheral circuit region and memory cells

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 DRAMを有する半導体集積回路装置におい
て、半導体基板の不純物濃度を高くすることなく、メモ
リセル選択用MISトランジスタのしきい値を高くす
る。 【解決手段】 DRAMのメモリセルを構成するnチャ
ネル形のメモリセル選択用MOS・FETQのゲート電
極5gを構成する低抵抗ポリシリコン膜の導電形をp+
形とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】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、DRAM(Dynamic
Random Access Memory)を有する半導体集積回路装置お
よびその製造技術に適用して有効な技術に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】DRAMのメモリセルは、1つのメモリ
セル選択MISトランジスタと、それに直列に接続され
たキャパシタとから構成されている。このため、集積度
が高く、ビット当たりの単価を安くすることができる等
からメモリを大量に使用する各種コンピュータのメイン
・メモリ等に広く使用されている。
【0003】しかし、情報を記憶する素子としてキャパ
シタを用いているので、そのまま放置しておくと情報の
記憶に用いられる信号電荷が時間の経過とともにリーク
してしまい記憶内容が失われてしまう。
【0004】このため、DRAMにおいては、メモリセ
ルの情報を記憶し続けるために、記憶内容を定期的に再
生する、いわゆるリフレッシュ動作が必要であり、DR
AM全体の動作速度の向上とともに、このリフレッシュ
特性を向上させるべく種々の構造上および回路上の研究
および技術開発が行われている。
【0005】なお、DRAMについては、例えば株式会
社 プレスジャーナル、平成5年11月25日発行、
「月刊セミコンダクタワールド(Semiconductor World
)増刊号 94年 最新半導体プロセス技術」P23
〜P71に記載がある。
【0006】また、DRAMにおいてメモリセル選択M
ISトランジスタのVthを高める課題があり、その具
体的手段としてnチャネルMOSトランジスタのゲート
電極にP型ポリシリコンを用いることが特開平2−21
4155号公報、特開平4−357865号公報あるい
は特開平9−36318号公報に開示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】メモリセル選択用MI
Sトランジスタは、キャパシタとビット線との間に介在
されて、その双方を電気的に接続したり絶縁したりする
ためのスイッチング素子であり、半導体基板に形成され
たソース・ドレイン用の一対の半導体領域と、半導体基
板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを
有している。
【0008】このソース・ドレイン用の一対の半導体領
域の一方には上記したキャパシタが電気的に接続され、
他方にはビット線が接続される構造になっている。ゲー
ト電極は、ワード線の一部で構成されており、ワード線
の抵抗を下げてメモリのアクセス速度等を向上させる等
の観点から低抵抗ポリシリコン上にバリアメタル層を介
して高融点金属やシリサイドからなる導体膜を積み重ね
る構造(いわゆるポリメタルゲート)が考えられた。
【0009】このゲート電極形成用の低抵抗ポリシリコ
ンには、通常、MISトランジスタの形成上の容易性等
を考慮してそのMISトランジスタのソース・ドレイン
用の半導体領域における導電形と同一導電形の不純物が
含有されている。
【0010】ところが、メモリセル選択MISトランジ
スタのゲート電極材料として、チャネルの導電形と同一
導電形の不純物を含むポリシリコン膜を用いる上記技術
においては、以下の問題があることを本発明者は見出し
た。
【0011】すなわち、上記したメモリセル選択MIS
トランジスタの場合、DRAMの安定動作を確保すべく
しきい電圧値を高くするためには、通常は半導体基板に
おける不純物濃度を高くしているが、基板濃度を高くす
ると、基板バイアス効果が大きくなる結果、データ書き
込み時におけるしきい値の上昇が大きくなり、ワード線
の電位の昇圧に際して高電圧が必要となるので、信頼性
を確保する観点からゲート酸化膜の膜厚をあまり薄くす
ることができない。
【0012】しかし、一般的にメモリセル選択MISト
ランジスタのゲート酸化膜と周辺回路のゲート酸化膜と
は製造の容易性等の観点から通常は同時に形成されるの
で、周辺回路のMISトランジスタにおけるゲート酸化
膜もメモリセル選択MISトランジスタのゲート酸化膜
にあわせて厚くしなければならず、周辺回路において低
い電源電圧で動作するロジック用のMISトランジスタ
においては、ゲート酸化膜が必要以上厚くなり、駆動電
流等の性能向上が阻害されるという問題がある。
【0013】また、半導体基板における不純物濃度が高
いため、蓄積ノードの半導体領域近傍における電界強度
が大きく、メモリセルのリフレッシュ特性の向上を阻害
する問題やビット線の寄生容量が増大する問題がある。
【0014】また、近年はメモリ回路と論理回路とを同
一半導体基板上に設けるメモリ−ロジック混載形の半導
体集積回路装置の開発および製造が進められており、こ
れに伴い、如何にして、DRAMと論理回路とのプロセ
ス上の統一化を図るかが重要な課題となっている。
【0015】本発明の目的は、DRAMを有する半導体
集積回路装置において、半導体基板の不純物濃度を高く
することなく、メモリセル選択用MISトランジスタの
しきい値を高くすることのできる技術を提供することに
ある。
【0016】また、本発明の他の目的は、DRAMを有
する半導体集積回路装置において、周辺回路用のMIS
トランジスタの駆動能力を向上させることのできる技術
を提供することにある。
【0017】また、本発明の他の目的は、DRAMを有
する半導体集積回路装置において、リフレッシュ特性を
向上させることのできる技術を提供することにある。
【0018】また、本発明の他の目的は、DRAMを有
する半導体集積回路装置において、ビット線容量を低減
させることのできる技術を提供することにある。
【0019】さらに、本発明の他の目的は、DRAMと
論理回路とを同一半導体基板上に有する半導体集積回路
装置において、DRAMと論理回路とのプロセス上の統
一化を図ることのできる技術を提供することにある。
【0020】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。
【0021】
【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簡単に説明すれば、
次のとおりである。
【0022】本発明の半導体集積回路装置は、メモリセ
ル選択用MISトランジスタと、これに直列に接続され
た情報蓄積用容量素子とで構成されるDRAMを半導体
基板上に有する半導体集積回路装置であって、前記メモ
リセル選択用MISトランジスタのゲート電極が多結晶
シリコン、バリア金属および高融点金属またはシリサイ
ドが順次積層された構造を成し、前記多結晶シリコンの
導電形を、前記メモリセル選択用MISトランジスタの
ソース・ドレイン用の半導体領域の導電形とは逆の導電
形としたものである。
【0023】また、本発明の半導体集積回路装置は、前
記メモリセル選択用MISトランジスタを半導体基板に
おける所定の導電形の半導体領域上に設け、かつ、前記
所定の導電形の半導体領域上に、前記メモリセル選択用
MISトランジスタ以外の他のMISトランジスタであ
って前記メモリセル選択用MISトランジスタのソース
・ドレイン用の半導体領域の導電形と同一チャネル導電
形のMISトランジスタを設けたものである。
【0024】また、本発明の半導体集積回路装置は、メ
モリセル選択用MISトランジスタと、これに直列に接
続された情報蓄積用容量素子とで構成されるDRAMを
半導体基板上に有する半導体集積回路装置であって、前
記メモリセル選択用MISトランジスタにおけるソース
・ドレイン用の半導体領域の導電形がn形であり、前記
メモリセル選択用MISトランジスタにおけるゲート電
極の導電形がp形であり、前記メモリセル選択用MIS
トランジスタのゲート絶縁膜を酸窒化膜としたものであ
る。
【0025】また、本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、メモリセル選択用MISトランジスタと、これ
に直列に接続された情報蓄積用容量素子とで構成される
DRAMを半導体基板上に有する半導体集積回路装置の
製造方法であって、(a)前記半導体基板上にゲート絶
縁膜を形成する工程と、(b)前記ゲート絶縁膜上に多
結晶シリコン膜を堆積する工程と、(c)前記多結晶シ
リコン膜において、前記メモリセル選択用MISトラン
ジスタのゲート電極形成領域に、前記メモリセル選択用
MISトランジスタのソース・ドレイン用の半導体領域
の導電形とは逆の導電形の不純物を導入する工程とを有
し、前記多結晶シリコン膜におけるゲート電極形成領域
への不純物の導入工程に際して、前記不純物を、前記多
結晶シリコン膜において前記メモリセル選択用MISト
ランジスタ以外の他のMISトランジスタのゲート電極
形成領域にも同時に導入するものである。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する(なお、実施の形態を説明す
るための全図において同一機能を有するものは同一の符
号を付し、その繰り返しの説明は省略する)。
【0027】(実施の形態1)図1は本発明の一実施の
形態である半導体集積回路装置の要部断面図、図2〜図
44は図1の半導体集積回路装置の製造工程中における
要部断面図、図45は基板電圧とメモリセル選択用MI
S・FETのしきい電圧との関係を図1の半導体集積回
路装置と本発明者が検討したn+ ゲートのnチャネル形
のメモリセル選択用MIS・FETとで比較して示した
グラフ図、図46は蓄積ノード−基板間の印加電圧とリ
ーク電流との関係を図1の半導体集積回路装置と本発明
者が検討したn+ ゲートのnチャネル形のメモリセル選
択用MIS・FETとで比較して示したグラフ図であ
る。
【0028】本実施の形態1においては、例えば256
M・DRAMに本発明を適用した場合について説明す
る。
【0029】まず、本実施の形態1のDRAMにおける
断面構造を図1によって説明する。半導体基板1は、例
えばp- 形のシリコン単結晶からなり、そのメモリ領域
には深いnウエル2nwが形成されている。この深いn
ウエル2nwには、例えばn形不純物のリンが導入され
ている。
【0030】この深いnウエル2nwの上層にはpウエ
ル3pwm が形成されている。このpウエル3pwm
は、その周囲が深いnウエル2nwによって取り囲まれ
て周辺回路領域等から電気的に分離されている。このp
ウエル3pwm には、例えばp形不純物のホウ素が導入
されている。そのp形不純物の濃度は、例えば1017
1018/cm3 程度である。
【0031】また、周辺回路領域等における半導体基板
1において、メモリ領域のpウエル3pwm とほぼ同じ
程度の深さ領域にはpウエル3pwp が形成されてい
る。このpウエル3pwp には、例えばp形不純物のホ
ウ素が導入されている。そのp形不純物の濃度は、例え
ば1017〜1018/cm3 程度である。
【0032】また、周辺回路領域等における半導体基板
1において、メモリ領域のpウエル3pwm とほぼ同じ
程度の深さ領域にはnウエル3nwp が形成されてい
る。nウエル3nwp には、例えばn形不純物のリンま
たはヒ素(As)が導入されている。そのn形不純物の
濃度は、例えば1017〜1018/cm3 程度である。
【0033】このような半導体基板1の上層部には、例
えば浅い溝掘り埋込形の素子分離領域4が形成されてい
る。すなわち、この素子分離領域4は、半導体基板1の
厚さ方向に掘られた分離溝4a内に分離用の絶縁膜4b
1,4b2 が埋め込まれて形成されている。
【0034】この分離用の絶縁膜4b1,4b2 は、例え
ば二酸化シリコン(SiO2 )等からなる。なお、この
素子分離領域4の上面は、その高さが半導体基板1の主
面の高さとほぼ一致するように平坦に形成されている。
【0035】メモリ領域(図1の左側)における半導体
基板1のpウエル2pWm 上にはDRAMのメモリセル
が形成されている。このメモリセルは、1つのメモリセ
ル選択用MOS・FETQと1つのキャパシタ(情報蓄
積用容量素子)Cとから構成されている。
【0036】メモリセル選択用MOS・FETQは、p
ウエル3pWm の上部に互いに離間して形成された一対
の半導体領域5a, 5bと、半導体基板1上に形成され
たゲート絶縁膜5iと、その上に形成されたゲート電極
5gとを有している。なお、メモリセル選択用MOS・
FETQのしきい電圧は、例えば1V前後である。
【0037】半導体領域5a, 5bは、メモリセル選択
用MOS・FETQのソース・ドレインを形成するため
の領域であり、この領域には、例えばn形不純物のAs
が導入されている。この半導体領域5a, 5bの間にお
いてゲート電極5gの直下にはメモリセル選択用MOS
・FETQのチャネル領域が形成される。
【0038】また、ゲート電極5gは、ワード線WLの
一部によって形成されており、低抵抗ポリシリコン膜、
窒化チタン(TiN)膜およびタングステン膜が下層か
ら順に堆積され、ポリメタル構造を構成している。低抵
抗ゲート電極材料としてのポリメタルは、そのシート抵
抗が2Ω/□程度と低いことから、ゲート電極材料とし
てのみならず配線材料として利用することもできる。高
融点金属としては、800℃以下の低温プロセスでも良
好な低抵抗性を示し、かつエレクトロマイグレーション
耐性の高いW(タングステン)、Mo(モリブテン)、
Ti(チタン)などが使用される。なお、多結晶シリコ
ン膜の上に直接これらの高融点金属膜を積層すると両者
の接着力が低下したり、高温熱処理プロセスで両者の界
面に高抵抗のシリサイド層が形成されたりするため、ポ
リメタルゲートは、多結晶シリコン膜と高融点金属膜と
の間にTiN(チタンナイトライド)やWN(タングス
テンナイトライド)などの金属窒化膜からなるバリア層
を介在させた3層構造で構成される。
【0039】このような構造とすることにより、メモリ
セルにおける信頼性を損なうことなく、DRAMのアク
セス速度を向上させることができる。また、ワード線W
Lに接続可能なメモリセルの個数を増加させることがで
きるので、メモリセル領域のサイズを縮小できる。この
ため、チップサイズを縮小できる。したがって、1枚の
ウエハから取り出せるチップ数を増加できるので、DR
AMのコストを低減することも可能となる。
【0040】また、バリア金属を耐酸化性が高く、抵抗
増加を抑制でき、しかもゲート絶縁膜の耐圧を確保可能
なWNとしたことにより、DRAMの信頼性を向上でき
る。
【0041】また、本実施の形態1においては、このゲ
ート電極5gにおける低抵抗ポリシリコン膜に、例えば
p形不純物のホウ素が導入されている。これにより、例
えば次の第1〜第4の効果を得ることが可能となってい
る。
【0042】第1に、半導体基板1の不純物濃度(すな
わち、pウエル3pwm の不純物濃度;以下、基板濃度
ともいう)を上げないでも、メモリセル選択用MOS・
FETQのしきい電圧を高くすることが可能となってい
る。
【0043】これは、p+ 形のポリシリコンの仕事関数
が5.15V程度であり、n+ 形のポリシリコンの4.15
Vに対して約1V程度大きいので、基板濃度が同じで
も、p+ 形ポリシリコンのゲート電極を用いたnチャネ
ル形のメモリセル選択用MOS・FETQの方が、n+
形ポリシリコンのゲート電極を用いたnチャネル形のメ
モリセル選択用MOS・FETよりも、そのしきい電圧
を約1V程度高くできるからである。
【0044】すなわち、本実施の形態1においては、基
板濃度を上げないでも、メモリセル選択用MOS・FE
TQのしきい電圧を高い値に設定することができるの
で、基板濃度に起因する基板バイアス効果を抑制するこ
とが可能となっている。このため、ワード線昇圧のため
の電圧を低くすることができるので、メモリセル選択用
MOS・FETQのゲート絶縁膜5iを薄くすることが
できる。このゲート絶縁膜5iと後述する周辺回路用の
MOS・FETのゲート絶縁膜とは通常同時に形成され
るので、周辺回路用のMOS・FETのゲート絶縁膜も
薄くすることができるので、周辺回路用のMOS・FE
Tの動作速度を向上させることが可能となっている。
【0045】第2に、メモリセル選択MOS・FETQ
のゲート電極用のポリシリコンをp+ 形としたことによ
り、メモリ領域におけるpウエル3pwm と周辺回路領
域におけるpウエル3pwp とをほぼ同じ程度の低い基
板濃度とした状態で、メモリセル選択用MOS・FET
のしきい電圧と、周辺回路用のMOS・FETのしきい
電圧とをそれぞれのMOS・FETに適した値に設定す
ることが可能となっている。メモリセル選択用MOS・
FETQのしきい電圧値は情報保持時間の制約等により
約1V程度に設定され、これ以下に下げることはほとん
どできない。一方、DRAM周辺回路用や論理回路用の
MOS・FETのしきい電圧値は低電圧動作を目的とし
て約0(零)V近くまで下げるようになってきている。
本実施の形態1によれば、このような2つの要求に対し
て、基板濃度を変えないで対応することが可能となって
いる。
【0046】第3に、基板濃度の低減により、キャパシ
タCが接続される半導体領域5aの接合近傍の電界を緩
和することができるので、蓄積ノードと半導体基板1と
の間のリーク電流を低減することができる。しかも、基
板濃度の低減によりメモリセル選択用MOS・FETQ
のサブスレッショルド電流を低減することができるの
で、同じしきい値でもMOS・FETのリーク電流を低
減することができる。そして、これらのリーク電流の低
減により、メモリセルのリフレッシュ特性を向上させる
ことが可能となっている。
【0047】第4に、基板濃度の低減により、ビット線
寄生容量を低減することができるので、DRAMの動作
速度を向上させることが可能となっている。
【0048】ゲート絶縁膜5iは、例えばSiO2 から
なり、その厚さは、例えば6〜12nm程度、好ましく
は8nm程度に設定されている。また、このゲート絶縁
膜5iを酸窒化膜(SiON膜)によって形成しても良
い。これにより、ゲート電極5gを形成するポリシリコ
ン中のホウ素が半導体基板1側に拡散するのを抑制する
ことが可能となっている。これは、ゲート絶縁膜5iに
窒素が存在すると、ゲート電極5g用のポリシリコン膜
中におけるホウ素がゲート絶縁膜5iを透過するのを抑
制できるからである。
【0049】すなわち、ゲート電極形成用のポリシリコ
ン膜中のホウ素が、その後の熱処理によりゲート絶縁膜
5iを突き抜けて半導体基板1に拡散してしまうと、メ
モリセル選択用MOS・FETQのフラットバンド電圧
を変化させ、しきい電圧の変動を招いてしまうので、そ
れを抑制すべくゲート絶縁膜5iを酸窒化膜によって形
成している。
【0050】また、ゲート絶縁膜5iを酸窒化膜によっ
て形成することにより、ゲート絶縁膜中における界面準
位の発生を抑制することができ、また、ゲート絶縁膜中
の電子トラップも低減することができるので、ゲート絶
縁膜5iにおけるホットキャリア耐性を向上させること
が可能となる。したがって、薄いゲート絶縁膜5iの信
頼性を向上させることが可能となる。
【0051】このようなゲート絶縁膜5iの酸窒化方法
としては、例えばゲート絶縁膜5iを酸化処理によって
成膜する際にNH3 ガス雰囲気やNO2 ガス雰囲気中に
おいて高温熱処理を施すことによりゲート絶縁膜5i中
に窒素を導入する方法、SiO2 等からなるゲート絶縁
膜5iを形成した後、その上面に窒化膜を形成する方
法、半導体基板の主面に窒素をイオン注入した後にゲー
ト絶縁膜5iの形成のための酸化処理を施す方法または
ゲート電極形成用のポリシリコン膜に窒素をイオン注入
した後、熱処理を施して窒素をゲート絶縁膜に析出させ
る方法等がある。
【0052】このようなメモリセル選択用MOS・FE
TQのゲート電極5g、すなわち、ワード線WLの上面
には、例えばSiO2 等からなる絶縁膜を介して、例え
ば窒化シリコンからなるキャップ絶縁膜6が形成されて
いる。なお、キャップ絶縁膜6の下層の絶縁膜はキャッ
プ絶縁膜6からの応力を緩和するためのものである。
【0053】また、このキャップ絶縁膜6の表面、ゲー
ト電極5g(ワード線WL)の側面および互いに隣接す
るワード線WL間における半導体基板1の主面上には、
例えば窒化シリコンからなる絶縁膜7が形成されてい
る。
【0054】一方、周辺回路領域(図1の右側)におけ
るpウエル3pwp 上にはnチャネル形のMOS・FE
TQnが形成されている。nチャネル形のMOS・FE
TQnは、pウエル3pWp の上部に互いに離間して形
成された一対の半導体領域8a, 8bと、半導体基板1
上に形成されたゲート絶縁膜8iと、その上に形成され
たゲート電極8gとを有している。なお、このMOS・
FETQnにおけるしきい電圧は、例えば0.1V前後で
ある。
【0055】半導体領域8a, 8bは、nチャネル形の
MOS・FETQnのソース・ドレインを形成するため
の領域であり、この半導体領域8a, 8bの間において
ゲート電極8gの直下にnチャネル形のMOS・FET
Qnのチャネル領域が形成される。
【0056】この半導体領域8a, 8bはLDD(Ligh
tly Doped Drain )構造となっている。すなわち、半導
体領域8a, 8bは、それぞれ低濃度領域8a1,8b1
と、高濃度領域8a2,8b2 とを有している。この低濃
度領域8a1,8b1 は、チャネル領域側に形成されてお
り、高濃度領域8a2,8b2 は、その外側に配置されて
いる。
【0057】この低濃度領域8a1,8b1 には、例えば
n形不純物のAsが導入されている。また、高濃度領域
8a2,8b2 には、例えばn形不純物のAsが導入され
ているが、その不純物濃度は低濃度領域8a1,8b1 中
の不純物濃度よりも高く設定されている。なお、半導体
領域8a, 8bの上層部には、例えばチタンシリサイド
(TiSix )等からなるシリサイド層8cが形成され
ている。
【0058】また、ゲート電極8gは、例えば低抵抗ポ
リシリコン膜、TiN膜およびタングステン膜が下層か
ら順に堆積されてなる。このゲート電極8gにおける低
抵抗ポリシリコン膜には、例えばn形不純物のリンまた
はAsが導入されている。また、ゲート電極8gを形成
するタングステン膜等の金属膜は、ゲート電極8gのシ
ート抵抗を2〜2.5Ω/□程度にまで低減できる機能を
有している。これにより、DRAMの動作速度を向上さ
せることが可能となっている。
【0059】ゲート絶縁膜8iは、例えばSiO2 から
なり、その厚さは、前記メモリセル選択用MOS・FE
TQのゲート絶縁膜5iと同様に、例えば6〜12nm
程度、好ましくは8nm程度に設定されている。また、
このゲート絶縁膜8iを酸窒化膜(SiON膜)によっ
て形成しても良い。これにより、上記したように薄いゲ
ート絶縁膜8iのホットキャリア耐性を向上させること
が可能となっている。
【0060】このゲート電極8gの上面には、例えばS
iO2 等からなる絶縁膜を介して、例えば窒化シリコン
からなるキャップ絶縁膜6が形成されている。なお、キ
ャップ絶縁膜6の下層の絶縁膜はキャップ絶縁膜6から
の応力を緩和するためのものである。
【0061】また、このキャップ絶縁膜6およびゲート
電極8gの側面には、例えば窒化シリコンからなるサイ
ドウォール9が形成されている。なお、このサイドウォ
ール9は、主として上記した低濃度領域8a1,8b1 と
高濃度領域8a2,8b2 とを半導体基板1上に形成する
ためのイオン注入用のマスクとして用いてられいる。
【0062】また、周辺回路領域におけるnウエル3n
wp 上にはpチャネル形のMOS・FETQpが形成さ
れている。pチャネル形のMOS・FETQpは、nウ
エル3nWp の上部に互いに離間して形成された一対の
半導体領域10a, 10bと、半導体基板1上に形成さ
れたゲート絶縁膜10iと、その上に形成されたゲート
電極10gとを有している。なお、このMOS・FET
Qpにおけるしきい電圧は、例えば0.1V前後である。
【0063】半導体領域10a, 10bは、pチャネル
形のMOS・FETQpのソース・ドレインを形成する
ための領域であり、この半導体領域10a, 10bの間
においてゲート電極10gの直下にpチャネル形のMO
S・FETQpのチャネル領域が形成される。
【0064】この半導体領域10a, 10bはLDD
(Lightly Doped Drain )構造となっている。すなわ
ち、半導体領域10a, 10bは、それぞれ低濃度領域
10a1,10b1 と、高濃度領域10a2,10b2 とを
有している。この低濃度領域10a1,10b1 は、チャ
ネル領域側に形成されており、高濃度領域10a2,10
b2 はその外側に配置されている。
【0065】低濃度領域10a1,10b1 には、例えば
p形不純物のホウ素が導入されている。また、高濃度領
域10a2,10b2 には、例えばp形不純物のホウ素が
導入されているが、その不純物濃度は低濃度領域10a
1,10b1 中の不純物濃度よりも高く設定されている。
なお、半導体領域10a, 10bの上層部には、例えば
チタンシリサイド(TiSix )等からなるシリサイド
層10cが形成されている。
【0066】ゲート電極10gは、例えば低抵抗ポリシ
リコン膜、TiN膜およびタングステン膜が下層から順
に堆積されて形成されている。
【0067】このゲート電極10gにおける低抵抗ポリ
シリコン膜には、例えばp形不純物のホウ素が導入され
ている。これにより、低電圧動作対応のpチャネル形の
MOS・FETQpのしきい電圧を下げることができ、
その特性および動作信頼性の向上が図られている。ま
た、ゲート電極10gを形成するタングステン膜等の金
属膜は、ゲート電極10gのシート抵抗を2〜2.5Ω/
□程度にまで低減できる機能を有している。これによ
り、DRAMの動作速度を向上させることが可能となっ
ている。
【0068】ゲート絶縁膜10iは、例えばSiO2
らなり、その厚さは、前記メモリセル選択用MOS・F
ETQのゲート絶縁膜5iと同様に、例えば6〜12n
m程度、好ましくは8nm程度に設定されている。ま
た、このゲート絶縁膜10iを酸窒化膜(SiON膜)
によって形成しても良い。これにより、上記したよう
に、ゲート電極10g中のホウ素がゲート絶縁膜10i
を突き抜けて半導体基板1側に拡散する現象およびその
現象に起因するしきい電圧の変動等の不具合を抑制する
ことが可能となっている。また、薄いゲート絶縁膜10
iのホットキャリア耐性を向上させることが可能となっ
ている。
【0069】このゲート電極10gの上面には、例えば
SiO2 等からなる絶縁膜を介して、例えば窒化シリコ
ンからなるキャップ絶縁膜6が形成されている。なお、
キャップ絶縁膜6の下層の絶縁膜はキャップ絶縁膜6か
らの応力を緩和するためのものである。
【0070】また、このキャップ絶縁膜6およびゲート
電極10gの側面には、例えば窒化シリコン等からなる
サイドウォール9が形成されている。なお、このサイド
ウォール9は、主として上記した低濃度領域10a1,1
0b1 と高濃度領域10a2,10b2 とを半導体基板1
上に形成するためのイオン注入用のマスクとして用いら
れている。
【0071】なお、これらのnチャネル形のMOS・F
ETQnおよびpチャネル形のMOS・FETQpによ
って、DRAMのセンスアンプ回路、カラムデコーダ回
路、カラムドライバ回路、ロウデコーダ回路、ロウドラ
イバ回路、I/Oセレクタ回路、データ入力バッファ回
路、データ出力バッファ回路および電源回路等のような
周辺回路が形成されている。
【0072】このようなメモリセル選択用MOS・FE
TQ、pチャネル形のMOS・FETQpおよびnチャ
ネル形のMOS・FETQn等の半導体集積回路素子
は、半導体基板1上に堆積された層間絶縁膜11a〜1
1cによって被覆されている。
【0073】層間絶縁膜11a〜11cは、例えばSi
2 等からなる。このうち、層間絶縁膜11aは、例え
ばSOG(Spin On Glass )法によって堆積されてい
る。また、層間絶縁膜11b, 11cは、例えばプラズ
マCVD法等によって堆積されている。層間絶縁膜11
cの上面は、メモリ領域と周辺回路領域とでその高さが
ほぼ一致するように平坦に形成されている。
【0074】メモリ領域における層間絶縁膜11a〜1
1c、絶縁膜7には、半導体領域5a, 5bが露出する
ような接続孔12a, 12bが穿孔されている。この接
続孔12a, 12bの下部においてゲート電極5g(ワ
ード線WL)の幅方向の寸法は、互いに隣接するゲート
電極5g(ワード線WL)の側面の絶縁膜7部分によっ
て規定されている。すなわち、接続孔12a, 12bは
ゲート電極5g(ワード線WL)側面の絶縁膜7によっ
て自己整合的に穿孔されている。
【0075】これにより、この接続孔12a, 12bの
パターンを転写するための露光処理に際して、その接続
孔12a, 12bのパターンとメモリセル選択用MOS
・FETQsの活性領域との相対的な平面位置が多少ず
れてしまったとしても、この接続孔12a, 12bから
ゲート電極5g(ワード線WL)の一部が露出しないよ
うになっている。
【0076】この接続孔12a, 12b内にはそれぞれ
プラグ13a, 13bが埋め込まれている。プラグ13
a, 13bは、例えばn形不純物のリンが含有された低
抵抗ポリシリコンからなり、それぞれメモリセル選択用
MOS・FETQの半導体領域5a, 5bと電気的に接
続されている。なお、プラブ13bの上面には、例えば
TiSix 等のようなシリサイド膜が形成されている。
【0077】層間絶縁膜11c上には層間絶縁膜11d
が堆積されている。この層間絶縁膜11dは、例えばS
iO2 等からなり、例えばプラズマCVD法等によって
形成されている。この層間絶縁膜11d上には、ビット
線BLおよび第1層配線14(14a〜14c)が形成
されている。
【0078】このビット線BLは、例えばTi膜、Ti
N膜およびタングステン膜が下層から順に堆積されてな
り、層間絶縁膜11dに穿孔された接続孔15を通じて
プラグ13bと電気的に接続され、さらに、プラグ13
bを通じてメモリセル選択MOS・FETQの半導体領
域5bと電気的に接続されている。このビット線BLの
表面(上面および側面)には、例えば窒化シリコンから
なる絶縁膜16が被覆されている。
【0079】なお、ビット線BLはワード線WLの延在
方向に対して交差する方向に延びている。したがって、
図1に示すような断面にはビット線BLは示されないの
が通常であるが、ビット線BLが配置されている配線層
を示すために、また、ビット線BL表面に被覆された絶
縁膜16の作用を後述するために等の理由からビット線
BLを示している。
【0080】一方、周辺回路領域の第1層配線14は、
ビット線BLと同様に、例えばTi膜、TiN膜および
タングステン膜が下層から順に堆積されてなり、その表
面(上面および側面)には、例えば窒化シリコンからな
る絶縁膜16が被覆されている。
【0081】このうち、第1層配線14aは、層間絶縁
膜11a〜11dに穿孔された接続孔17を通じてnチ
ャネル形のMOS・FETQnの半導体領域8aと電気
的に接続されている。また、第1層配線14bは、層間
絶縁膜11a〜11dも穿孔された接続孔17を通じて
nチャネル形のMOS・FETQnの半導体領域8bお
よびpチャネル形のMOS・FETQpの半導体領域1
0aと電気的に接続されている。さらに、第1層配線1
4cは、層間絶縁膜11a〜11dに穿孔された接続孔
17を通じてpチャネル形のMOS・FETQpの半導
体領域10bと電気的に接続されている。
【0082】層間絶縁膜11dの上面には、層間絶縁膜
11e〜11gが下層から順に堆積されており、これに
より、絶縁膜16が被覆されている。層間絶縁膜11e
〜11gは、例えばSiO2 等からなる。このうち、層
間絶縁膜11eは、例えばSOG(Spin On Glass )法
によって堆積されている。また、層間絶縁膜11f,1
1gは、例えばプラズマCVD法等によって形成されて
いる。層間絶縁膜11gの上面は、メモリ領域と周辺回
路領域とでその高さがほぼ一致するように平坦に形成さ
れている。
【0083】メモリ領域における層間絶縁膜11d〜1
1gにはプラグ13aの上面が露出するような接続孔1
8が穿孔されている。本実施の形態1においては、ビッ
ト線BLの表面に窒化シリコン等からなる絶縁膜16が
被覆されているので、この接続孔18の平面的な位置
が、ビット線BLの幅方向にずれてビット線BLに重な
るようになったとしても、窒化シリコン等からなる絶縁
膜16がエッチングストッパとして機能するので、その
接続孔18からビット線BLが直接露出してしまうのを
防止することが可能となっている。
【0084】この接続孔18内にはプラグ19が埋め込
まれている。プラグ19は、例えばn形不純物のリンが
含有された低抵抗ポリシリコンからなり、プラブ13a
と電気的に接続され、さらに、これを通じてメモリセル
選択用MOS・FETQの半導体領域5aと電気的に接
続されている。
【0085】層間絶縁膜11gの上面には、層間絶縁膜
11h, 11iが堆積されている。層間絶縁膜11h
は、例えば窒化シリコンからなり、主としてメモリ領域
を覆うように形成されている。層間絶縁膜11iは、例
えばSiO2 等からなる。この層間絶縁膜11h, 11
iには、プラグ19の上面が露出するような開口部20
が開口されており、この開口部20内に上記メモリセル
のキャパシタCが形成されている。
【0086】キャパシタCは、例えばクラウン形状に形
成されており、蓄積電極21aと、その表面に被覆され
た容量絶縁膜21bと、その表面に被覆されたプレート
電極21cとから構成されている。
【0087】キャパシタCの蓄積電極21aは、例えば
低抵抗ポリシリコンからなり、その表面には、キャパシ
タCの占有面積を増やさないで容量を増大させるべく、
例えば複数の微細な凹凸が形成されている。
【0088】この蓄積電極21aの下部は、開口部20
を通じてプラグ19と電気的に接続され、これを通じて
メモリセル選択用MOS・FETQの半導体領域5aと
電気的に接続されている。なお、図1のメモリ領域と周
辺回路領域との境界領域(図1のほぼ中央)に配置され
ている蓄積電極21a1 はダミーである。
【0089】また、キャパシタCの容量絶縁膜21b
は、例えば酸化タンタル(Ta2 5)等からなる。キ
ャパシタCのプレート電極21cは、例えばTiN等か
らなり、複数の蓄積電極21aを覆うように形成されて
いる。
【0090】層間絶縁膜11i上には、層間絶縁膜11
jが堆積されており、これによってプレート電極21c
が被覆されている。この層間絶縁膜11jは、例えばS
iO2 等からなり、その上面には第2層配線22(22
a, 22b)が形成されている。
【0091】第2層配線22は、例えばTiN膜、アル
ミニウム(Al)膜およびTi膜が下層から順に堆積さ
れてなる。周辺回路領域における第2層配線22bは、
層間絶縁膜11e〜11g, 11i, 11jおよび絶縁
膜16に穿孔された接続孔23内の導体膜24を通じて
第1層配線14bと電気的に接続されている。この導体
膜24は、例えばTiN膜およびタングステン膜が下層
から順に堆積されてなる。
【0092】層間絶縁膜11j上には、層間絶縁膜11
k, 11m, 11nが下層から順に堆積されており、こ
れによって第2層配線22が被覆されている。層間絶縁
膜11k, 11nは、例えばSiO2 等からなり、例え
ばプラズマCVD法等によって形成されている。層間絶
縁膜11mは、例えばSiO2 等からなり、例えばSO
G法等によって形成されている。
【0093】層間絶縁膜11n上には、第3層配線25
(25a〜25c)が形成されている。第3層配線25
は、例えばTiN膜、Al膜およびTi膜が下層から順
に堆積されてなる。
【0094】このうち、周辺回路領域における第3層配
線25bは、層間絶縁膜11j, 11k, 11m, 11
nに穿孔された接続孔26内の導体膜27を通じてプレ
ート電極21cと電気的に接続されている。また、周辺
回路領域における第3層配線25cは、層間絶縁膜11
k, 11m, 11nに穿孔された接続孔28内の導体膜
29を通じて第2層配線22bと電気的に接続されてい
る。導体膜27, 29は、例えばTiN膜およびタング
ステン膜が下層から順に堆積されてなる。
【0095】第3層配線25の上部には、例えば酸化シ
リコン膜と窒化シリコン膜とを積層した2層の絶縁膜等
で構成されたパッシベーション膜が形成されているが、
それらの図示は省略する。
【0096】次に、本実施の形態1の半導体集積回路装
置の製造方法の一例を図2〜図45によって説明する。
【0097】まず、図2に示すように、p形のSi単結
晶からなる半導体基板1を熱処理してその表面に、例え
ば膜厚10〜30nm程度のSiO2 等からなるパッド膜
30を形成した後、このパッド膜30上に、例えば膜厚
100〜200nm程度の窒化シリコン等からなる耐酸化
性膜31をCVD(Chemical Vapor Deposition )法に
よって堆積する。
【0098】続いて、図3に示すように耐酸化性膜31
上に形成したフォトレジスト32aをエッチングマスク
にして素子分離領域の耐酸化性膜31、パッド膜30、
半導体基板1を順次エッチングすることにより、半導体
基板1に深さ350〜400nm程度の分離溝4aを形成
する。この際、耐酸化性膜31をエッチングするガス
は、例えばCF4 +CHF3 +ArまたはCF4 +Ar
を使用し、半導体基板1をエッチングするガスは、例え
ばHBr+Cl2+He+O2 を使用する。
【0099】その後、図4に示すように、エッチングに
より分離溝4aの内壁に生じたダメージ層を除去するた
めに、酸化処理を施して分離溝4aの内面に、例えばS
iO2 からなる絶縁膜4b1 を形成した後、図5に示す
ように、半導体基板1上に、例えばSiO2 等からなる
絶縁膜4b2 をCVD法により堆積する。この際、絶縁
膜4b2 は、例えばTEOS(Tetraethoxysilane )ガ
スを用いたプラズマCVD法等によって形成する。
【0100】次いで、絶縁膜4b2 上に、例えば窒化シ
リコンからなる絶縁膜33をCVD法等によって堆積し
た後、この絶縁膜33を、図7に示すように、フォトレ
ジスト32bをエッチングマスクにして、相対的に幅
(面積)の広い素子分離領域上に窒化シリコン等からな
る絶縁膜33aのパターンを形成する。
【0101】素子分離領域の上部に残った窒化シリコン
等からなる絶縁膜33aは、次の工程で絶縁膜4b2 を
化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing; CM
P)法で研磨して平坦化する際、相対的に広い面積の分
離溝4aの内部の絶縁膜4b2 が相対的に狭い面積の素
子分離領域の分離溝4aの内部の絶縁膜4b2 に比べて
深く研磨される現象(ディッシング;dishing )を防止
するために形成される。
【0102】続いて、絶縁膜4b2 を、絶縁膜31, 3
3aをストッパに用いたCMP法によって研磨して分離
溝4aの内部に残すことにより、図8に示すように、素
子分離領域4を形成する。この際、本実施の形態1にお
いては、相対的に幅(面積)の広い素子分離領域4上に
絶縁膜33aのパターンを設けたことにより、素子分離
領域4における分離用の絶縁膜4b2 上面の削れを防止
することができる。このため、素子分離領域4における
分離用の絶縁膜4b2 の上面の高さを半導体基板1の主
面の高さにほぼ一致させることが可能となっている。
【0103】次いで、耐酸化性膜31および絶縁膜33
a熱リン酸等により除去し、パッド膜30を除去した
後、半導体基板1に対してプレ酸化処理を施す。
【0104】続いて、半導体基板1上にメモリ領域が露
出するような深いnウエル形成用のフォトレジストパタ
ーンを形成した後、それをマスクとして半導体基板1の
メモリ領域に、例えばn形不純物のリンをイオン注入す
る。
【0105】その後、深いnウエル形成用のフォトレジ
ストパターンを除去した後、半導体基板1上にpウエル
領域が露出するようなフォトレジストパターンを形成
し、それをマスクとして半導体基板1のpウエル形成領
域に、例えばp形不純物のホウ素等をイオン注入する。
【0106】次いで、pウエル形成用のフォトレジスト
パターンを除去した後、半導体基板1上にnウエル領域
が露出するようなフォトレジストパターンを形成し、そ
れをマスクとして半導体基板1のnウエル形成領域に、
例えばn形不純物のリン等をイオン注入する。
【0107】続いて、nウエル形成用のフォトレジスト
パターンを除去した後、半導体基板1に対して熱処理を
施すことにより、図9に示すように、半導体基板1に深
いnウエル2nw、pウエル3pwm,3pwp 、nウエ
ル3nwp を形成する。
【0108】この深いnウエル2nwは、入出力回路等
から半導体基板1を通じてメモリ領域のpウエル3pw
m にノイズが侵入するのを防止してメモリセル内蓄積電
荷の消除を防止するために形成される。
【0109】その後、MOSFETのしきい値電圧を調
整するための不純物、例えばBF2(フッ化ホウ素)をp
ウエル3pwm,3pwp およびnウエル3nwp にイオ
ン打ち込みする。
【0110】その後、半導体基板1に対して熱酸化処理
またはウエット酸化処理を施すことにより、半導体基板
1の活性領域主面上に、例えば6〜12nm好ましくは
膜厚7nm程度のSiO2 からなるゲート絶縁膜5i,
8i, 10iを形成する。
【0111】特に限定はされないが、上記ゲート絶縁膜
5i, 8i, 10iを形成した後、半導体基板1をNO
(酸化窒素)、NH3 またはN2 O(亜酸化窒素)雰囲
気中で熱処理することによって、ゲート絶縁膜5i, 8
i, 10iと半導体基板1との界面に窒素を偏析させて
もよい(酸窒化処理)。
【0112】MOS・FETのゲート電極を構成するポ
リシリコンにp形不純物のホウ素を導入した場合、その
ホウ素がゲート絶縁膜5i, 10iを突き抜けて半導体
基板1に拡散する問題がある。そこで、ゲート絶縁膜5
i, 10iに対して酸窒化処理を施しておくと、ホウ素
がゲート絶縁膜5i, 10iを突き抜けるのを抑制する
ことができるので、そのホウ素の拡散に起因するMOS
・FETのしきい電圧の変動等を抑制し、MOS・FE
Tの特性上の信頼性を向上させることができる。
【0113】また、ゲート絶縁膜5i, 8i, 10iが
7nm程度まで薄くなると、半導体基板1との熱膨張係数
差に起因して両者の界面に生じる歪みが顕在化し、ホッ
トキャリアの発生を誘発する。半導体基板1との界面に
偏析した窒素はこの歪みを緩和するので、上記の酸窒化
処理は、極薄のゲート絶縁膜5i, 8i, 10iの信頼
性を向上できる。
【0114】次いで、図10に示すように、半導体基板
1上に、ポリシリコン膜34をCVD法等によって堆積
する。
【0115】続いて、半導体基板1上に形成されるMO
S・FETのゲート電極における導電形を設定するため
の不純物導入工程に移行する。
【0116】すなわち、図11に示すように、ポリシリ
コン膜34上に、周辺回路領域におけるnチャネル形の
MOS・FET形成領域が露出するようなフォトレジス
ト32cを形成した後、これをマスクとして、例えばn
形不純物のリンまたはヒ素(As)をポリシリコン膜3
4にイオン注入する。
【0117】続いて、フォトレジスト32cを除去した
後、図12に示すように、メモリセル選択用MOS・F
ET形成領域および周辺回路領域におけるpチャネル形
のMOS・FET形成領域が露出するようなフォトレジ
スト32dを形成した後、これをマスクとして、例えば
p形不純物のホウ素またはBF2 をポリシリコン膜34
にイオン注入する。
【0118】このホウ素またはBF2 等のようなp形不
純物のイオン注入に際しては、注入エネルギーを制御す
ることにより、ホウ素等がポリシリコン膜34のあまり
深い位置まで到らないようにしても良い。
【0119】これは、ホウ素等をポリシリコン膜34の
下層部の深い位置にまで導入してしまうと、上記したよ
うに、ホウ素等がその後の熱プロセスによってゲート絶
縁膜5iを突き抜けて半導体基板1に拡散してしまう現
象が生じ易くなると考えられるので、それを抑制するた
めである。
【0120】次いで、図13に示すように、ポリシリコ
ン膜34上に、例えばTiNまたは窒化タングステン等
からなるバリア金属膜35、例えばタングステン等から
なる金属膜36および例えば窒化シリコンからなる絶縁
膜6を下層から順に堆積する。バリア金属膜35は本発
明において重要な構成要件の一つである。すなわち、こ
のバリア金属膜35は、最適な条件の厚さとして3nm
以上5nm以下であり、高温熱処理時にタングステン膜
と多結晶シリコン膜とが反応して両者の界面に高抵抗の
シリサイド層が形成されるのを防止する機能を有してい
る。すなわち、このバリア層がなく、直接ポリシリコン
膜上にタングステンが被着された場合、後述するアニー
ル処理(約800℃)でシリコンとタングステンとがシ
リサイド反応(反応温度は650℃〜750℃)が生じ
WSi2 (タングステンダイシリサイド)となって抵抗
が高くなり、しかも体積減少によりキャップ絶縁膜との
間にすきまが生じてしまう。
【0121】続いて、図14に示すように、絶縁膜6上
に形成したゲート電極形成用のフォトレジスト32eを
エッチングマスクとしてエッチング処理を施すことによ
り、ゲート電極5g(すなわち、ワード線WL)、ゲー
ト電極8g, 10gおよびキャップ絶縁膜6をパターン
形成する。
【0122】ゲート電極5gは、メモリセル選択用MO
S・FETの一部を構成し、活性領域以外の領域ではワ
ード線WLとして機能する。このゲート電極5g(ワー
ド線WL)の幅、すなわちゲート長は、メモリセル選択
用MOS・FETの短チャネル効果を抑制して、しきい
値電圧を一定値以上に確保できる許容範囲内の最小寸法
(例えば0.24μm)で構成される。また、隣接する2
本のゲート電極5g(ワード線WL)の間隔は、フォト
リソグラフィの解像限界で決まる最小寸法(例えば0.2
2μm)で構成される。ゲート電極8gおよびゲート電
極10gは、周辺回路のnチャネル形のMOS・FET
およびpチャネル形のMOS・FETの各一部を構成す
る。
【0123】次いで、半導体基板1上にnチャネル形の
MOS・FET(メモリセル選択用MOS・FETを含
む)が露出するようなフォトレジストを形成した後、そ
れをマスクとして半導体基板1に、例えばn形不純物の
Asをイオン注入する。
【0124】続いて、そのnチャネル形のMOS・FE
T用のフォトレジストを除去した後、半導体基板1上に
pチャネル形のMOS・FETが露出するようなフォト
レジストを形成し、それをマスクとして半導体基板1
に、例えばp形不純物のホウ素をイオン注入する。イオ
ン注入後約800℃のアニール処理が行なわれる。これ
らの不純物導入工程は、図15に示す低濃度領域5a1,
5b1,8a1,8b1,10a1,10b1 を形成するための
不純物導入工程である。
【0125】次いで、図16に示すように、半導体基板
1上に、例えば窒化シリコンからなる絶縁膜7をCVD
法等によって堆積した後、図17に示すように、絶縁膜
7上に形成したフォトレジスト32fをエッチングマス
クとして異方性ドライエッチング処理を施す。これによ
り、メモリ領域においては絶縁膜7を残し、周辺回路領
域においてはゲート電極8g, 10gの側面に窒化シリ
コン等からなるサイドウォール9を形成する。
【0126】このエッチングは、ゲート絶縁膜5i, 8
i, 10iや素子分離領域4に埋め込まれた絶縁膜4b
1,4b2 の削れ量を最少とするために、酸化シリコン膜
に対する窒化シリコン膜のエッチングレートが大きくな
るようなエッチングガスを使用して行う。また、ゲート
電極8g, 10g上の窒化シリコン膜等からなる絶縁膜
6の削れ量を最少とするために、オーバーエッチング量
を必要最小限にとどめるようにする。
【0127】続いて、半導体基板1上に、周辺回路領域
におけるnチャネル形のMOS・FETの形成領域が露
出するようなフォトレジストを形成した後、そのフォト
レジスト、ゲート電極8gおよびサイドウォール9をマ
スクとして、例えばn形不純物のAsをイオン注入法等
によって導入する。
【0128】続いて、半導体基板1上に、周辺回路領域
におけるpチャネルMOS・FETの形成領域が露出す
るようなフォトレジストを形成した後、そのフォトレジ
スト、ゲート電極10gおよびサイドウォール9をマス
クとして、例えばp形不純物のホウ素をイオン注入法等
によって導入する。
【0129】その後、半導体基板1に対して、例えば窒
素ガス雰囲気中において熱処理を施すことにより、半導
体基板1の周辺回路領域に、高濃度領域8a2,8b2,1
0a2,10b2 を形成する。これにより、図19に示す
ように、周辺回路用のnチャネル形のMOS・FETQ
nおよびpチャネル形のMOS・FETQpを形成す
る。
【0130】次いで、図19に示すように、半導体基板
1上に、例えばSiO2 等からなる層間絶縁膜11aを
SOG法等によって堆積する。
【0131】続いて、この層間絶縁膜11a上に、例え
ばTEOS(Tetraethoxysilane )ガスを用いたプラズ
マCVD法等によってSiO2 等からなる絶縁膜を堆積
した後、その上部をCMP法等によってエッチバックす
ることにより、図20に示すように、層間絶縁膜11a
上に層間絶縁膜11bを形成する。
【0132】その後、その層間絶縁膜11b上に、例え
ばTEOSガスを用いたプラズマCVD法等によってS
iO2 等からなる層間絶縁膜11cを形成する。この層
間絶縁膜11cは、CMP法により層間絶縁膜11bの
上部に形成された損傷等を覆う機能を有しており、その
上面はメモリ領域と周辺回路領域とでその高さがほぼ一
致するように平坦に形成されている。
【0133】続いて、図21に示すように、その層間絶
縁膜11c上に、プラグ用の接続孔が露出するようなフ
ォトレジスト32gを形成する。この際、本実施の形態
1においては、層間絶縁膜11cの上面を平坦にしてい
るので、充分なフォトリソグラフィマージンを確保する
ことができ、良好なパターン転写が可能である。
【0134】その後、そのフォトレジスト32gをエッ
チングマスクとして、プラグ用の接続孔を穿孔するため
のエッチング処理を施す。本実施の形態1においては、
そのエッチング処理を、例えば次のようにする。
【0135】まず、図21に示すように、絶縁膜7やキ
ャップ絶縁膜6等が表出した時点でエッチングが止まる
ように、SiO2 膜は除去されるが窒化シリコン膜は除
去され難い条件でエッチング処理を施す。この際のエッ
チングガスとしては、例えばC4 8/アルゴン(Ar)
等の混合ガスを用いる。
【0136】続いて、エッチング条件を、窒化シリコン
膜は除去されるがSiO2 膜は除去され難い条件に変え
ることにより、図22に示すように、半導体基板1の一
部が露出するようなプラグ用の接続孔12a, 12bを
穿孔する。これにより、フォトリソグラフィの解像限界
以下の微細な径を有する接続孔12a, 12bを形成す
ることができる。この際のエッチングガスとしては、例
えばCHF3/Ar/ CF4 等の混合ガスを用いる。
【0137】このようなエッチング処理を行う理由は、
そのようにしないと、プラグ用の接続孔12a, 12b
を形成するためのエッチング処理によって、そのプラグ
用の接続孔12A, 12bから露出する素子分離領域4
の分離用の絶縁膜4b1,4b2 がエッチング除去されて
しまい不良が生じるからである。
【0138】その後、フォトレジスト32gを除去した
後、接続孔12a, 12bから露出する半導体基板1
に、例えばn形不純物のリンをイオン注入する。これは
電界緩和用の不純物導入工程である。
【0139】次いで、半導体基板1上に、例えばn形不
純物を含有する低抵抗ポリシリコンをCVD法等によっ
て堆積した後、その低抵抗ポリシリコンをエッチバック
することにより、図23に示すように、プラグ用の接続
孔12a, 12b内にプラグ13a, 13bを形成す
る。
【0140】続いて、図24に示すように、半導体基板
1上に、例えばSiO2 等からなる層間絶縁膜11dを
CVD法等によって堆積することにより、プラグ13
a, 13bの上面を被覆する。
【0141】なお、図24中の符号5a2,5b2 は、上
記した電界緩和用の不純物導入工程によって導入された
リンを含有する高濃度領域であり、この高濃度領域5a
2,5b2 と低濃度領域5a1,5b1 とで、メモリセル選
択用MOS・FETQの半導体領域5a, 5bが構成さ
れている。
【0142】その後、図25に示すように、その層間絶
縁膜11d上に、ビット線用の接続孔形成用のフォトレ
ジスト32hを形成した後、これをエッチングマスクと
して層間絶縁膜11dにプラグ13bの上面が露出する
ような接続孔15を穿孔する。
【0143】次いで、そのフォトレジスト32hを除去
した後、図26に示すように、その層間絶縁膜11d上
に、周辺回路用の接続孔形成用のフォトレジスト32i
を形成し、これをエッチングマスクとして層間絶縁膜1
1a〜11dに半導体基板1の上面(半導体領域8a,
8b, 10a, 10b)が露出するような接続孔17を
穿孔する。
【0144】続いて、フォトレジストパ32iを除去し
た後、図27に示すように、半導体基板1上に、例えば
Ti膜およびTiN膜をスパッタリング法等によって下
層から順に堆積し、その上に、例えばタングステン膜を
CVD法等によって積み重ねて導体膜37を形成し、さ
らにその上に、例えば窒化シリコンからなる絶縁膜16
aをCVD法等によって堆積する。
【0145】なお、図27中の符号8c, 10cは、例
えば導体膜37の下層のTi膜と半導体基板1との熱処
理反応によって形成されたTiSix 等のようなシリサ
イド層である。
【0146】その後、図28に示すように、絶縁膜16
a上に配線形成用のフォトレジスト32jを形成し、こ
れをエッチングマスクとして絶縁膜16aおよび導体膜
37をエッチング法によってパターニングすることによ
り、ビット線BLおよび第1層配線14を形成する。
【0147】次いで、フォトレジスト32jを除去した
後、半導体基板1上に、例えば窒化シリコンからなる絶
縁膜を堆積した後、その絶縁膜をエッチバックすること
により、図29に示すように、ビット線BLおよび第1
層配線14の側面にサイドウォール16bを形成する。
【0148】続いて、図30に示すように、例えばSi
2 等からなる層間絶縁膜11eをSOG法等によって
堆積することにより、ビット線BLおよび第1層配線1
4を被覆する。
【0149】その後、この層間絶縁膜11e上に、例え
ばTEOSガスを用いたプラズマCVD法等によってS
iO2 等からなる絶縁膜を堆積した後、その上部をCM
P法等によってエッチバックすることにより、図31に
示すように、層間絶縁膜11e上に層間絶縁膜11fを
形成する。
【0150】その後、その層間絶縁膜11f上に、例え
ばTEOSガスを用いたプラズマCVD法等によってS
iO2 等からなる層間絶縁膜11gを形成する。この層
間絶縁膜11gは、層間絶縁膜11fの上部にCMP法
により形成された損傷等を覆う機能を有しており、層間
絶縁膜11gの上面はメモリ領域と周辺回路領域とでそ
の高さがほぼ一致するように平坦に形成されている。
【0151】続いて、図32に示すように、その層間絶
縁膜11g上に、プラグ用の接続孔が露出するようなフ
ォトレジスト32kを形成する。この際、本実施の形態
1においては、層間絶縁膜11gの上面を平坦にしてい
るので、充分なフォトリソグラフィマージンを確保する
ことができ、良好なパターン転写が可能である。
【0152】その後、そのフォトレジスト32kをエッ
チングマスクとして、層間絶縁膜11d〜11gに、プ
ラグ13aの上面が露出するような接続孔18を穿孔し
た後、フォトレジスト32kを除去する。
【0153】この際、本実施の形態1においては、この
エッチング処理に際して、SiO2膜に対する窒化シリ
コン膜のエッチングレートが大きくなるような条件で行
う。これにより、ビット線BLの表面に窒化シリコンか
らなる絶縁膜16が形成されているので、仮に接続孔1
8とプラグ13aとの間に相対的な位置ずれが生じ接続
孔18のパターンが平面的にビット線BLに重なってし
まったとしても、絶縁膜16がエッチングストッパとな
るので、ビット線BLが接続孔18から露出してしまう
のを防止することが可能となっている。
【0154】次いで、半導体基板1上に、例えば低抵抗
ポリシリコンからなる導体膜をCVD法等によって堆積
した後、その導体膜が接続孔18内のみに残るようにエ
ッチバックすることにより、図33に示すように、接続
孔18内にプラグ19を形成する。
【0155】続いて、図34に示すように、半導体基板
1上に、例えば窒化シリコンからなる絶縁膜11hをC
VD法等によって堆積した後、その上にメモリ領域を覆
うようなフォトレジスト32mを形成し、それをエッチ
ングマスクとして絶縁膜11hをエッチング法によって
パターニングする。
【0156】その後、フォトレジスト32mを除去した
後、図35に示すように、半導体基板1上に、例えばT
EOSガスを用いたプラズマCVD法等によってSiO
2 等からなる層間絶縁膜11iを形成する。
【0157】次いで、その層間絶縁膜11i上にキャパ
シタ形成用のフォトレジスト32nを形成した後、それ
をエッチングマスクとしてフォトレジスト32nから露
出する層間絶縁膜11i, 11hを除去することによ
り、プラグ19の上面が露出するような開口部20を形
成する。
【0158】続いて、図36に示すように、半導体基板
1上に、例えば低抵抗ポリシリコンからなる導体膜38
をCVD法等によって堆積する。これにより、層間絶縁
膜11iの上面および開口部20の内面に導体膜38が
被着される。
【0159】その後、図37に示すように、半導体基板
1上に、例えばSiO2 等からなる絶縁膜39をSOG
法等によって堆積する。ここでは、その絶縁膜39の上
面がほぼ平坦になる程度まで絶縁膜39を堆積する。
【0160】次いで、その絶縁膜39を、層間絶縁膜1
1i上の導体膜38が露出する程度までエッチング除去
した後、露出した導体膜38をエッチバックすることに
より、図38に示すように、開口部20内に低抵抗ポリ
シリコン等からなる蓄積電極21aおよびダミー蓄積電
極21a1 を形成する。
【0161】続いて、図39に示すように、半導体基板
1上にダミー蓄積電極21a1 および周辺回路領域を被
覆するようなフォトレジスト32p形成した後、それを
エッチングマスクとして層間絶縁膜11iをウエットエ
ッチ法等により除去することにより、蓄積電極21aの
表面を露出させる。この際、層間絶縁膜11hはウエッ
トエッチング処理時におけるエッチングストッパとして
機能するとともに、蓄積電極21aを固定する部材とし
ても機能する。
【0162】また、フォトレジスト32pの端部をメモ
リ領域と周辺回路領域との境界部、すなわちダミー蓄積
電極21a1 上に配置する。このようにすると、フォト
レジスト32pの端部に合わせずれが生じた場合でも、
メモリ領域の最も外側に形成される蓄積電極21aの内
部に絶縁膜が残ったり、周辺回路領域の層間絶縁膜11
iがエッチングされたりすることはない。
【0163】その後、フォトレジスト32pを除去した
後、図40に示すように、蓄積電極21aの表面を窒化
し、さらにその表面に、例えば酸化タンタル(Ta2
5 )からなる容量絶縁膜21bを被覆する。
【0164】次いで、図41に示すように、例えばTi
Nからなる導体膜を、半導体基板1上に堆積した後、そ
の導体膜を、その上面に形成したプレート電極形成用の
フォトレジスト32qをエッチングマスクとしてパター
ニングすることにより、プレート電極21cを形成す
る。これにより、情報蓄積用のキャパシタCを形成す
る。
【0165】続いて、フォトレジスト32qを除去した
後、図42に示すように、例えばTEOSガスを用いた
プラズマCVD法等によってSiO2 等からなる層間絶
縁膜11jを半導体基板1上に形成する。これにより、
プレート電極21cを被覆する。
【0166】その後、層間絶縁膜11j上に周辺回路の
接続孔形成用のフォトレジスト32rを形成した後、そ
れをエッチングマスクとして、第1層配線14bの一部
が露出するような接続孔23を穿孔する。
【0167】次いで、フォトレジスト32rを除去した
後、半導体基板1上に、例えばTiNおよびタングステ
ンを下層から順にスパッタリング法等によって堆積し、
これをエッチバックすることにより、図43に示すよう
に、接続孔23内に導体膜24を埋め込む。
【0168】続いて、半導体基板1上に、例えばTi
N、AlおよびTiを下層から順にスパッタリング法等
によって堆積した後、これをフォトリソグラフィ技術お
よびドライエッチング技術によってパターニングするこ
とにより、図44に示すように、層間絶縁膜11j上に
第2層配線22を形成する。
【0169】その後、第2層配線22の形成工程と同様
の配線形成工程を経て、図1に示したように半導体基板
1上に第3層配線25を形成してDRAMを製造する。
【0170】次に、基板電圧とメモリセル選択用MOS
・FETのしきい電圧との関係を図45に示す。図45
の参考例は本発明者が検討したn+ ゲートのnチャネル
形のメモリセル選択用MOS・FETの測定データであ
る。
【0171】本実施の形態1のp+ ゲートのnチャネル
形のメモリセル選択用MOS・FETQにおいては、基
板電圧の変化に対して、しきい電圧の値が安定している
ことがわかる。これに対して参考例の場合は、基板電圧
の変化に対して、しきい電圧が大幅に変動していること
がわかる。
【0172】次に、メモリセル選択用MOS・FETの
蓄積ノード−基板間の印加電圧とリーク電流との関係を
図46に示す。図46の参考例は本発明者が検討したn
+ ゲートのnチャネル形のメモリセル選択用MOS・F
ETの測定データである。
【0173】本実施の形態1のp+ ゲートのnチャネル
形のメモリセル選択用MOS・FETQにおいては、当
該印加電圧に対するリーク電流量が、参考例の場合より
も小さいことがわかる。
【0174】このように本実施の形態1によれば、以下
の効果を得ることが可能となる。
【0175】(1).メモリセル選択用MOS・FETQの
ゲート電極5gを構成する低抵抗ポリシリコンの導電形
をp+ 形としたことにより、半導体基板1の不純物濃度
(すなわち、pウエル3pwm の不純物濃度:基板濃
度)を上げないでも、メモリセル選択用MOS・FET
Qのしきい電圧を高くすることが可能となる。
【0176】(2).上記(1) により、基板濃度に起因する
基板バイアス効果を抑制することが可能となっている。
このため、ワード線昇圧のための電圧を低くすることが
できるので、メモリセル選択用MOS・FETQのゲー
ト絶縁膜5iを薄くすることが可能となる。
【0177】(3).上記(2) により、周辺回路用のMOS
・FETQp, Qn等のゲート絶縁膜8i, 10iも薄
くすることができるので、周辺回路用のMOS・FET
Qp,Qnの動作速度を向上させることが可能となる。
【0178】(4).メモリセル選択MOS・FETQのゲ
ート電極5gを構成するポリシリコンをp+ 形としたこ
とにより、メモリ領域におけるpウエル3pwm と周辺
回路領域におけるpウエル3pwp とをほぼ同じ程度の
低い基板濃度とした状態で、メモリセル選択用MOS・
FETQのしきい電圧と、周辺回路用のMOS・FET
Qp, Qnのしきい電圧とをそれぞれのMOS・FET
に適した値に設定することが可能となる。したがって、
メモリセル選択用MOS・FETQ用の基板濃度と、周
辺回路用のMOS・FETQp, Qnの基板濃度とを変
えないでも、それぞれのMOS・FETQ, Qp, Qn
に合ったしきい電圧に設定することが可能となる。
【0179】(5).上記(1) により、基板濃度を低減する
ことができるので、キャパシタCが接続される半導体領
域5aの接合近傍の電界を緩和することができる。この
ため、蓄積ノードと半導体基板1との間のリーク電流を
低減することが可能となる。
【0180】(6).上記(1) により、基板濃度を低減する
ことができるので、メモリセル選択用MOS・FETQ
のサブスレッショルド電流を低減することができる。こ
のため、同じしきい値でもMOS・FETのリーク電流
を低減することが可能となる。
【0181】(7).上記(5) および(6) により、メモリセ
ルのリフレッシュ特性を向上させることが可能となる。
【0182】(8).上記(7) により、DRAMの消費電流
を低減することが可能となる。
【0183】(9).上記(1) により、基板濃度を低減する
ことができるので、ビット線寄生容量を低減することが
できる。このため、DRAMの動作速度を向上させるこ
とが可能となる。
【0184】(10). ゲート電極5g中に金属膜を設けた
ことにより、ゲート電極5g(すなわち、ワード線W
L)の配線抵抗を下げることができるので、DRAMの
アクセス速度を向上させることが可能となる。また、ワ
ード線WLに接続可能なメモリセルの個数を増加させる
ことができるので、メモリセル群が配置されるメモリセ
ル領域のサイズを縮小することができる。このため、半
導体チップのサイズを縮小することができる。
【0185】(11). メモリセル選択用MOS・FET
Q, 周辺回路用のMOS・FETQpのゲート絶縁膜5
i, 10iを酸窒化膜とした場合、メモリセル選択用M
OS・FETQおよびMOS・FETQpのゲート電極
5g, 10g中のホウ素がゲート絶縁膜5i, 10iを
突き抜けて半導体基板1側に拡散してしまうのを抑制す
ることができるので、そのホウ素の突き抜け現象に起因
するMOS・FETのしきい電圧の変動を抑制すること
が可能となる。
【0186】(12). メモリセル選択用MOS・FET
Q、周辺回路用のMOS・FETQn、周辺回路用のM
OS・FETQpのゲート絶縁膜5i, 8i, 10iを
酸窒化膜とした場合、ゲート絶縁膜の膜質およびゲート
絶縁膜5i, 8i, 10iと半導体基板1との界面準位
の安定性を向上させることができるので、ゲート絶縁膜
5i, 8i, 10iにおけるホットキャリア耐性を向上
させることが可能となる。これにより、薄いゲート絶縁
膜5i, 8i, 10iの信頼性を向上させることが可能
となる。
【0187】(13). ゲート電極形成用のポリシリコン膜
34において、メモリセル選択用MOS・FETQのゲ
ート電極形成領域に、p形不純物を導入する際、そのp
形不純物を同じフォトレジストをマスクとして、周辺回
路用のpチャネル形のMOS・FETQpのゲート電極
形成領域にも導入することにより、それらの不純物導入
工程を別々に行う場合に比べて、フォトレジストパター
ンの形成工程を少なくすることができる。したがって、
DRAMの製造工程の簡略化を図ることができるので、
その半導体集積回路装置の開発・製造時間を短縮するこ
とができ、かつ、DRAMを有する半導体集積回路装置
のコスト低減を推進することが可能となる。
【0188】(実施の形態2 )図47は本発明の他の実
施の形態である半導体集積回路装置の要部断面図であ
る。
【0189】本実施の形態2においては、図47に示す
ように、メモリセル選択用MOS・FETQのゲート電
極5g直下の半導体基板1の上部(チャネル形成領域)
にn- 形の半導体領域40が形成されている。このn-
形の半導体領域40には、例えばn形不純物のリン等が
低濃度(例えば1017/cm3 程度)で導入されてい
る。
【0190】このn- 形の半導体領域40は、その不純
物濃度や深さ等を調整することにより、基板電位を印加
した場合にメモリセル選択用MOS・FETQのしきい
電圧が1V前後で変動しないように微調整するための領
域である。これを設けたことにより、基板バイアス効果
をほとんど無くすことができるので、DRAMのリフレ
ッシュ特性をさらに向上させることが可能となってい
る。
【0191】n- 形の半導体領域40の形成方法として
は、例えば前記実施の形態1において、ゲート絶縁膜の
形成工程に先立ってメモリセル選択用MOS・FETQ
のチャネル形成領域に、例えばp形不純物のホウ素等を
しきい電圧調整のために導入していた工程に代えて、例
えばn形不純物のリン等を導入することで形成すれば良
い。
【0192】このように、本実施の形態2においては、
前記実施の形態1で得られた効果の他に、基板バイアス
効果をほとんど無くすことができるので、DRAMのリ
フレッシュ特性をさらに向上させることができる、とい
う効果を得ることが可能となる。
【0193】(実施の形態3 )図48は本発明の他の実
施の形態である半導体集積回路装置の要部断面図であ
る。
【0194】本実施の形態3においては、図48に示す
ように、メモリ領域における半導体基板1に深いnウエ
ル(図1のnウエル2nw)を形成せず、メモリセル選
択用MOS・FETQと、周辺回路用のnチャネル形の
MOS・FETQnとが同一のpウエル3pw上に設け
られている。それ以外は前記実施の形態2と同じであ
る。なお、この場合、基板バイアス電圧は印加しない。
また、本実施の形態3においても、前記実施の形態1と
同様に、n- 形半導体領域40を設けない構造としても
良い。
【0195】このような構造にできる理由は、前記実施
の形態1で説明したように、メモリセル選択用MOS・
FETQと周辺回路用のnチャネル形のMOS・FET
Qnとを同一のpウエル3pw上に配置したとしても、
本実施の形態3においても前記実施の形態1, 2と同様
に、メモリセル選択用MOS・FETQのゲート電極を
+ 形とし、周辺回路用のnチャネル形のMOS・FE
TQnのゲート電極をn+ 形としたことにより、それぞ
れのしきい電圧をそれぞれに適した値に設定することが
できるからである。
【0196】なお、メモリセル選択用MOS・FETQ
のしきい電圧は、前記実施の形態1と同様に、例えば1
V前後であり、周辺回路用のnチャネル形のMOS・F
ETQnのしきい電圧は、前記実施の形態1と同様に、
例えば0.1V前後である。
【0197】このような本実施の形態3によれば、前記
実施の形態1, 2で得られた効果の他に、DRAMの製
造プロセスを簡略化することができるので、DRAMの
開発および製造時間の短縮化を推進することができ、か
つ、DRAMのコスト低減を推進することが可能とな
る、という効果を得ることができる。
【0198】(実施の形態4)図49は本発明の他の実
施の形態である半導体集積回路装置の要部断面図であ
る。
【0199】本実施の形態5においては、メモリセル選
択用MOS・FETQをpチャネル形のMOS・FET
で構成した。この場合、図49に示すように、半導体基
板1は、n形のSi単結晶からなり、そのメモリ領域に
は、深いpウエル2pwが形成されている。このpウエ
ル2pwには、例えばp形不純物のホウ素等が導入され
ている。
【0200】深いpウエル2pw領域内において、その
上層にはnウエル3nWm が形成されている。このnウ
エル3nwm は、例えばn形不純物のリンが導入されて
なる。このnウエル3nwm には、メモリセル選択用M
OS・FETQのソース・ドレインを構成する半導体領
域5a, 5bが形成されている。
【0201】本実施の形態4においては、この半導体領
域5a, 5bが、例えばp形不純物のホウ素が導入され
てなる。したがって、プラグ13a, 13b, 19およ
び蓄積電極21a等にも、例えばp形不純物のホウ素が
導入されている。また、メモリセル選択用MOS・FE
TQのチャネル形成領域には、p形またはn形のいずれ
かの不純物によってしきい電圧の設定が行われている。
【0202】そして、本実施の形態4においては、メモ
リセル選択用MOS・FETQのゲート電極5gを構成
するポリシリコン膜に、例えばn形不純物のリンまたは
Asが導入されている。これにより、前記実施の形態1
と同様に、nウエル3nwmのn形不純物濃度を高くす
ることなく、しきい電圧を上げることが可能となってい
る。したがって、本実施の形態4においても、前記実施
の形態1で得られた(2) 〜(10)および(12)で得られた効
果を得ることが可能となる。
【0203】また、特に限定されないが、本実施の形態
4においては、周辺回路用のpチャネル形のMOS・F
ETQpのゲート電極10gを構成するポリシリコン膜
に、例えばn形不純物のリンまたはAsが導入されてい
る。すなわち、本実施の形態4においては、半導体基板
1上に形成された全てのMOS・FET(メモリセル選
択用MOS・FETQを含む)のゲート電極5g, 8
g, 10gの導電形が全てn+ 形に設定されている。こ
れにより、現状のDRAMのプロセスのまま、本実施の
形態4のDRAMを製造することが可能となっている。
【0204】(実施の形態5)図50は本発明の他の実
施の形態である半導体集積回路装置の回路構成の説明
図、図51は図50の論理集積回路部における要部断面
図、図52〜図54は図50の半導体集積回路装置の製
造工程中における要部断面図である。
【0205】本実施の形態5の半導体集積回路装置は、
図50に示すように、CPU(情報処理部)41、DR
AMで構成されたメモリ部42、DRAM制御用の周辺
回路ブロック43、論理集積回路部44およびアナログ
回路部45を同一の半導体チップ(半導体基板1)の主
面に形成したワンチップ形のマイクロコンピュータであ
る。
【0206】メモリ部42の断面構造は前記実施の形態
1〜4のいずれかと同一なので説明を省略し、ここで
は、論理集積回路部44の断面構造を図51によって説
明する。
【0207】論理集積回路部44におけるpウエル3p
wa 上にはnチャネル形のMOS・FETQna が形成
されている。nチャネル形のMOS・FETQna は、
pウエル3pWa の上部に互いに離間して形成された一
対の半導体領域46a, 46bと、半導体基板1上に形
成されたゲート絶縁膜46iと、その上に形成されたゲ
ート電極46gとを有している。
【0208】半導体領域46a, 46bは、nチャネル
形のMOS・FETQna のソース・ドレインを形成す
るための領域であり、この半導体領域46a, 46bの
間においてゲート電極46gの直下にnチャネル形のM
OS・FETQna のチャネル領域が形成される。
【0209】この半導体領域46a, 46bはLDD
(Lightly Doped Drain )構造となっている。すなわ
ち、半導体領域46a, 46bは、それぞれ低濃度領域
46a1,46b1 と、高濃度領域46a2,46b2 とを
有している。この低濃度領域46a1,46b1 は、チャ
ネル領域側に形成されており、高濃度領域46a2,46
b2 は、その外側に配置されている。
【0210】この低濃度領域46a1,46b1 には、例
えばn形不純物のAsが導入されている。また、高濃度
領域46a2,46b2 には、例えばn形不純物のAsが
導入されているが、その不純物濃度は低濃度領域46a
1,46b1 中の不純物濃度よりも高く設定されている。
なお、半導体領域46a, 46bの上層部には、例えば
チタンシリサイド(TiSix )等からなるシリサイド
層46cが形成されている。
【0211】ゲート絶縁膜46iは、例えばSiO2
らなり、DRAMのメモリセル選択用MOS・FETお
よびDRAMの周辺回路用のMOS・FETのゲート絶
縁膜と同時に形成されている。このゲート絶縁膜46i
も前記実施の形態1と同様に、例えば酸窒化膜としても
良い。
【0212】また、ゲート電極46gは、例えば低抵抗
ポリシリコン膜、TiN膜およびタングステン膜が下層
から順に堆積されてなる。ゲート電極形成用の低抵抗ポ
リシリコン膜には、例えばn形不純物のリン等が導入さ
れている。ゲート電極46gの抵抗は、最上層のタング
ステン膜によって下げられている。これにより、論理集
積回路のアクセス速度を向上させることが可能となって
いる。
【0213】このゲート電極46gの上面には、例えば
SiO2 等からなる絶縁膜を介して、例えば窒化シリコ
ンからなるキャップ絶縁膜6が形成されている。なお、
キャップ絶縁膜6の下層の絶縁膜はキャップ絶縁膜6か
らの応力を緩和するためのものである。
【0214】また、このキャップ絶縁膜6およびゲート
電極46gの側面には、例えば窒化シリコン等からなる
サイドウォール9が形成されている。なお、このサイド
ウォール9は、主として上記した低濃度領域46a1,4
6b1 と高濃度領域46a2,46b2 とを半導体基板1
上に形成するためのイオン注入用のマスクとして用いて
られいる。
【0215】また、論理集積回路部44におけるnウエ
ル3nwa 上にはpチャネル形のMOS・FETQpa
が形成されている。pチャネル形のMOS・FETQp
a は、nウエル3nWa の上部に互いに離間して形成さ
れた一対の半導体領域47a, 47bと、半導体基板1
上に形成されたゲート絶縁膜47iと、その上に形成さ
れたゲート電極47gとを有している。
【0216】半導体領域47a, 47bは、pチャネル
形のMOS・FETQpのソース・ドレインを形成する
ための領域であり、この半導体領域47a, 47bの間
においてゲート電極47gの直下にpチャネル形のMO
S・FETQpのチャネル領域が形成される。
【0217】この半導体領域47a, 47bはLDD
(Lightly Doped Drain )構造となっている。すなわ
ち、半導体領域47a, 47bは、それぞれ低濃度領域
47a1,47b1 と、高濃度領域47a2,47b2 とを
有している。この低濃度領域47a1,47b1 は、チャ
ネル領域側に形成されており、高濃度領域47a2,47
b2 はその外側に配置されている。
【0218】低濃度領域47a1,47b1 には、例えば
p形不純物のホウ素が導入されている。また、高濃度領
域47a2,47b2 には、例えばp形不純物のホウ素が
導入されているが、その不純物濃度は低濃度領域47a
1,47b1 中の不純物濃度よりも高く設定されている。
なお、半導体領域47a, 47bの上層部には、例えば
チタンシリサイド(TiSix )等からなるシリサイド
層47cが形成されている。
【0219】ゲート絶縁膜47iは、例えばSiO2
らなり、DRAMのメモリセル選択用MOS・FET、
DRAMの周辺回路用のMOS・FETおよび論理集積
回路部44用のnチャネル形のMOS・FETQna の
ゲート絶縁膜と同時に形成されている。このゲート絶縁
膜47iも前記実施の形態1と同様に、例えば酸窒化膜
としても良い。
【0220】また、ゲート電極47gは、例えば低抵抗
ポリシリコン膜、TiN膜およびタングステン膜が下層
から順に堆積されて形成されている。ゲート電極形成用
の低抵抗ポリシリコン膜には、例えばp形不純物のホウ
素が導入されている。ゲート電極47gの抵抗は、最上
層のタングステン膜によって下げられている。これによ
り、DRAMのアクセス速度を向上させることが可能と
なっている。
【0221】このゲート電極47gの上面には、例えば
SiO2 等からなる絶縁膜を介して、例えば窒化シリコ
ンからなるキャップ絶縁膜6が形成されている。なお、
キャップ絶縁膜6の下層の絶縁膜はキャップ絶縁膜6か
らの応力を緩和するためのものである。
【0222】また、このキャップ絶縁膜6およびゲート
電極47gの側面には、例えば窒化シリコンからなるサ
イドウォール9が形成されている。なお、このサイドウ
ォール9は、主として上記した低濃度領域47a1,47
b1 と高濃度領域47a2,47b2 とを半導体基板1上
に形成するためのイオン注入用のマスクとして用いられ
ている。
【0223】論理集積回路部44の第1層配線14は、
ビット線BLと同様に、例えばTi膜、TiN膜および
タングステン膜が下層から順に堆積されてなり、その表
面(上面および側面)には、例えば窒化シリコンからな
る絶縁膜16が被覆されている。
【0224】このうち、第1層配線14dは、層間絶縁
膜11a〜11dに穿孔された接続孔17を通じてnチ
ャネル形のMOS・FETQna の半導体領域46aと
電気的に接続されている。また、第1層配線14eは、
層間絶縁膜11a〜11dも穿孔された接続孔17を通
じてnチャネル形のMOS・FETQna の半導体領域
46bおよびpチャネル形のMOS・FETQpa の半
導体領域47aと電気的に接続されている。さらに、第
1層配線14fは、層間絶縁膜11a〜11dに穿孔さ
れた接続孔17を通じてpチャネル形のMOS・FET
Qpa の半導体領域47bと電気的に接続されている。
【0225】第2層配線22は、例えばTiN膜、アル
ミニウム(Al)膜およびTi膜が下層から順に堆積さ
れてなる。論理集積回路部44における第2層配線22
cは、層間絶縁膜11e〜11g, 11i, 11jおよ
び絶縁膜16に穿孔された接続孔23内の導体膜24を
通じて第1層配線14bと電気的に接続されている。こ
の導体膜24は、例えばTiN膜、Ti膜およびタング
ステン膜が下層から順に堆積されてなる。
【0226】また、論理集積回路部44における第3層
配線25dは、層間絶縁膜11k,11m, 11nに穿
孔された接続孔28内の導体膜29を通じて第2層配線
22cと電気的に接続されている。導体膜29は、例え
ばTiN膜、Ti膜およびタングステン膜が下層から順
に堆積されてなる。
【0227】次に、本実施の形態2の半導体集積回路装
置の製造方法を図52〜図54によって説明する。な
お、前記実施の形態1の説明で用いた図9までは前記実
施の形態1と同じなので、その説明は省略する。
【0228】まず、前記実施の形態1と同様、図52に
示すように、半導体基板1上に、ポリシリコン膜34を
CVD法等によって堆積する。
【0229】続いて、半導体基板1上に形成されるMO
S・FETのゲート電極における導電形を設定するため
の不純物導入工程に移行する。
【0230】すなわち、図53に示すように、ポリシリ
コン膜34上に、メモリ領域およびpチャネル形のMO
S・FET形成領域を被覆するようなフォトレジスト3
2sを形成した後、これをマスクとして、例えばn形不
純物のリンまたはヒ素(As)をポリシリコン膜34に
イオン注入する。
【0231】続いて、フォトレジスト32sを除去した
後、図54に示すように、メモリセル選択用MOS・F
ET形成領域、周辺回路領域におけるpチャネル形のM
OS・FET形成領域および論理集積回路部44におけ
るpチャネル形のMOS・FET形成領域が露出するよ
うなフォトレジスト32tを形成した後、これをマスク
として、例えばp形不純物のホウ素またはBF2 をポリ
シリコン膜34にイオン注入する。
【0232】これ以降は、前記実施の形態1の説明で用
いた図14以降の工程と同じなので説明を省略する。
【0233】このように、本実施の形態5においては、
前記実施の形態1で得られた効果の他に以下の効果を得
ることが可能となる。
【0234】(1).DRAMの動作速度を向上させること
ができるので、このDRAMを有するワンチップ形のマ
イクロコンピュータの動作速度を向上させることが可能
となる。
【0235】(2).DRAMの周辺回路領域および論理集
積回路部44のpチャネル形のMOS・FETのゲート
電極にp+ 形不純物を導入する際に同時に、DRAMの
メモリ部41におけるメモリセル選択用MOS・FET
のゲート電極にp+ 形不純物を導入することにより、そ
のメモリセル選択用MOS・FETのゲート電極にp+
形不純物を導入するために特別にフォトレジストパター
ンを形成する場合に比べて、フォトレジストパターンの
形成のためのフォトレジスト膜の塗布、露光、ベークお
よび現像等の一連のフォトリソグラフィ工程を低減する
ことが可能となる。
【0236】(3).上記(1) により、DRAMの周辺回路
領域および論理集積回路部44のpチャネル形のMOS
・FETのゲート電極にp+ 形不純物を導入する工程
と、DRAMのメモリ部41におけるメモリセル選択用
MOS・FETのゲート電極にp+ 形不純物を導入する
工程とで別々のフォトマスクを用いる場合よりもフォト
マスクの枚数を低減することが可能となる。
【0237】(4).上記(2) により、フォトマスク設計の
ためのレイアウト工数を削減することが可能となる。
【0238】(5).上記(2) により、メモリ部41と論理
集積回路部44とを同一の半導体基板1上に設けてなる
DRAMを有するワンチップ形のマイクロコンピュータ
の製造工程の統一化を実現することが可能となる。
【0239】(6).上記(2) 、(3) 、(4) により、DRA
Mを有するワンチップ形のマイクロコンピュータの製造
工程を簡略化することができるので、その開発・製造時
間を短縮することが可能となる。
【0240】(7).上記(7) により、DRAMを有するワ
ンチップ形のマイクロコンピュータのコスト低減を推進
することが可能となる。
【0241】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態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。
【0242】例えば前記実施の形態1〜5においては、
メモリセル選択用MOS・FETおよび半導体基板上の
MOS・FETのゲート電極をポリシリコン膜上に金属
膜を積み重ねてなる構造とした場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、例えばポリシリコ
ンの単体膜またはポリシリコン膜上にタングステンシリ
サイド等のようなシリサイド膜を積み重ねてなる構造と
しても良い。
【0243】また、前記実施の形態1〜5においては、
ビット線の上層に情報蓄積用容量素子を設けた場合につ
いて説明したが、これに限定されるものではなく、ビッ
ト線の下層に情報蓄積用容量素子を設ける構造としても
良い。
【0244】また、前記実施の形態1〜5においては、
情報蓄積用容量素子をクラウン形状とした場合について
説明したが、これに限定されるものではなく、例えばフ
ィン形状等でも良い。
【0245】また、前記実施の形態1〜5においては、
ビット線の表面にも窒化膜を設けた場合について説明し
たが、これに限定されるものではなく、ビット線の表面
を窒化膜で覆わない構造としても良い。
【0246】また、前記実施の形態1〜5においては、
半導体基板としてSi単結晶単体からなる基板を用いた
場合について説明したが、これに限定されるものではな
く、例えば絶縁膜上に薄い半導体層を設けてなるSOI
(Silicon On Insulator)基板を用いても良い。
【0247】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である256
M・DRAM技術等に適用した場合について説明した
が、それに限定されるものではなく、例えば64M・D
RAM技術等にも適用できる。
【0248】
【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。
【0249】(1).本発明の半導体集積回路装置によれ
ば、メモリセル選択用MISトランジスタのゲートポリ
シリコン電極(ゲート絶縁膜に接したポリシリコン)の
導電形を、前記メモリセル選択用MISトランジスタの
ソース・ドレイン用の半導体領域の導電形とは逆の導電
形としたことにより、半導体基板の不純物濃度を上げな
いでも、メモリセル選択用ISトランジスタのしきい電
圧を高くすることが可能となる。
【0250】(2).上記(1) により、半導体基板の不純物
濃度に起因する基板バイアス効果を抑制することがで
き、ワード線昇圧のための電圧を低くすることができる
ので、メモリセル選択用MISトランジスタのゲート絶
縁膜を薄くすることが可能となる。
【0251】(3).上記(2) により、周辺回路用のMIS
トランジスタのゲート絶縁膜も薄くすることができるの
で、周辺回路用のMISトランジスタの動作速度を向上
させることが可能となる。
【0252】(4).メモリセル選択用MISトランジスタ
のゲート電極の導電形を、前記メモリセル選択用MIS
トランジスタのソース・ドレイン用の半導体領域の導電
形とは逆の導電形としたことにより、メモリ領域におけ
る半導体領域と周辺回路領域における半導体領域とをほ
ぼ同じ程度の低い基板濃度とした状態で、メモリセル選
択用MISトランジスタのしきい電圧と、周辺回路用の
MISトランジスタのしきい電圧とをそれぞれのMIS
トランジスタに適した値に設定することが可能となる。
したがって、メモリセル選択用MISトランジスタの形
成領域の不純物濃度と、周辺回路用のMISトランジス
タの不純物濃度とを変えないでも、それぞれのMISト
ランジスタに合ったしきい電圧に設定することが可能と
なる。
【0253】(5).上記(1) により、半導体基板の不純物
濃度を低減することができるので、メモリセル選択用M
ISトランジスタにおいて情報蓄積用容量素子が接続さ
れる半導体領域の接合近傍の電界を緩和することができ
る。このため、蓄積ノードと半導体基板との間のリーク
電流を低減することが可能となる。
【0254】(6).上記(1) により、半導体基板の不純物
濃度を低減することができるので、メモリセル選択用M
ISトランジスタのサブスレッショルド電流を低減する
ことができる。このため、同じしきい値でもメモリセル
選択用MISトランジスタのリーク電流を低減すること
が可能となる。
【0255】(7).上記(5) および(6) により、メモリセ
ルのリフレッシュ特性を向上させることが可能となる。
【0256】(8).上記(7) により、DRAMを有する半
導体集積回路装置の消費電流を低減することが可能とな
る。
【0257】(9).上記(1) により、半導体基板の不純物
濃度を低減することができるので、ビット線寄生容量を
低減することができる。そして、ワード線をポリメタル
ゲートとすることでそのワード線の低抵抗化が図れる。
このため、DRAMを有する半導体集積回路装置の動作
速度を向上させることが可能となる。
【0258】(10). 本発明の半導体集積回路装置は、メ
モリセル選択用MISトランジスタにおけるソース・ド
レイン用の半導体領域の導電形がn形であり、前記メモ
リセル選択用MISトランジスタにおけるゲート電極の
導電形がp形であり、前記メモリセル選択用MISトラ
ンジスタのゲート絶縁膜を酸窒化膜としたことにより、
メモリセル選択用MISトランジスタのゲート電極に導
入されたp形不純物がゲート絶縁膜を突き抜け難くする
ことができるので、その突き抜け現象に起因するメモリ
セル選択用MISトランジスタの特性不良を抑制するこ
とができる。また、ゲート絶縁膜を酸窒化膜としたこと
により、ゲート絶縁膜のホットキャリア耐性を向上させ
ることができる。したがって、pゲート電極のメモリセ
ル選択用MISトランジスタの信頼性を向上させること
が可能となる。
【0259】(11). 本発明の半導体集積回路装置の製造
方法によれば、メモリセル選択用MISトランジスタ
と、これに直列に接続された情報蓄積用容量素子とで構
成されるDRAMを半導体基板上に有する半導体集積回
路装置の製造方法であって、半導体基板上に堆積された
ゲート電極形成用の多結晶シリコン膜において、前記メ
モリセル選択用MISトランジスタのゲート電極形成領
域に、前記メモリセル選択用MISトランジスタのソー
ス・ドレイン用の半導体領域の導電形とは逆の導電形の
不純物を導入する工程を有し、前記多結晶シリコン膜に
おけるゲート電極形成領域への不純物の導入工程に際し
て、前記不純物を、前記多結晶シリコン膜において前記
メモリセル選択用MISトランジスタ以外の他のMIS
トランジスタのゲート電極形成領域にも同時に導入する
ことにより、それらの不純物導入工程を別々に行う場合
に比べて、フォトレジストパターンの形成工程を少なく
することができる。したがって、DRAMを有する半導
体集積回路装置の製造工程の簡略化を図ることができる
ので、その半導体集積回路装置の開発・製造時間を短縮
することができ、かつ、DRAMを有する半導体集積回
路装置のコスト低減を推進することが可能となる。
【0260】(12). 上記(11)により、DRAMと論理回
路とを同一半導体基板上に有する半導体集積回路装置の
製造プロセス上の統一化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の要部断面図である。
【図2】図1の半導体集積回路装置の製造工程中におけ
る要部断面図である。
【図3】図1の半導体集積回路装置の製造工程中におけ
る要部断面図である。
【図4】図1の半導体集積回路装置の製造工程中におけ
る要部断面図である。
【図5】図1の半導体集積回路装置の製造工程中におけ
る要部断面図である。
【図6】図1の半導体集積回路装置の製造工程中におけ
る要部断面図である。
【図7】図1の半導体集積回路装置の製造工程中におけ
る要部断面図である。
【図8】図1の半導体集積回路装置の製造工程中におけ
る要部断面図である。
【図9】図1の半導体集積回路装置の製造工程中におけ
る要部断面図である。
【図10】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図11】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図12】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図13】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図14】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図15】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図16】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図17】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図18】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図19】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図20】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図21】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図22】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図23】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図24】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図25】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図26】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図27】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図28】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図29】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図30】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図31】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図32】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図33】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図34】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図35】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図36】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図37】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図38】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図39】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図40】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図41】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図42】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図43】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図44】図1の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。
【図45】基板電圧とメモリセル選択用MIS・FET
のしきい電圧との関係を図1の半導体集積回路装置と本
発明者が検討したn+ ゲートのnチャネル形のメモリセ
ル選択用MIS・FETとで比較して示したグラフ図で
ある。
【図46】蓄積ノード−基板間の印加電圧とリーク電流
との関係を図1の半導体集積回路装置と本発明者が検討
したn+ ゲートのnチャネル形のメモリセル選択用MI
S・FETとで比較して示したグラフ図である。
【図47】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の要部断面図である。
【図48】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の要部断面図である。
【図49】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の要部断面図である。
【図50】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の回路構成を説明するための説明図である。
【図51】図50の半導体集積回路装置の論理集積回路
部の要部断面図である。
【図52】図50の半導体集積回路装置の製造工程中に
おける要部断面図である。
【図53】図50の半導体集積回路装置の製造工程中に
おける要部断面図である。
【図54】図50の半導体集積回路装置の製造工程中に
おける要部断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2nw 深いnウエル 3pwm pウエル 3pwp pウエル 3nwp nウエル 3pwa pウエル 3nwa nウエル 4 素子分離領域 4a 分離溝 4b1,4b2 分離用の絶縁膜 5a, 5b 半導体領域 5i ゲート絶縁膜 5g ゲート電極 6 キャップ絶縁膜 7 絶縁膜 8a, 8b 半導体領域 8a1,8b1 低濃度領域 8a2,8b2 高濃度領域 8c シリサイド層 8i ゲート絶縁膜 8g ゲート電極 9 サイドウォール 10a, 10b 半導体領域 10a1,10b1 低濃度領域 10a2,10b2 高濃度領域 10c シリサイド層 10i ゲート絶縁膜 10g ゲート電極 11a〜11n 層間絶縁膜 12a, 12b 接続孔 13a, 13b プラグ 14, 14a〜14c 第1層配線 15 接続孔 16 絶縁膜 17 接続孔 18 接続孔 19 プラグ 20 開口部 21a 蓄積電極 21b 容量絶縁膜 21c プレート電極 22, 22a, 22b 第2層配線 23 接続孔 24 導体膜 25, 25a〜25c 第3層配線 26 接続孔 27 導体膜 28 接続孔 29 導体膜 30 パッド膜 31 耐酸化性膜 32a〜32x フォトレジスト 33 絶縁膜 33a 絶縁膜 34 ポリシリコン膜 35 バリア金属膜 36 金属膜 37 導体膜 38 導体膜 39 絶縁膜 40 n- 形半導体領域(しきい電圧微調整用の半導体
領域) 41 CPU 42 メモリ部 43 周辺回路ブロック 44 論理集積回路部 45 アナログ回路部 46a, 46b 半導体領域 46a1,46b1 低濃度領域 46a2,46b2 高濃度領域 46c シリサイド層 46i ゲート絶縁膜 46g ゲート電極 47a, 47b 半導体領域 47a1,47b1 低濃度領域 47a2,47b2 高濃度領域 47c シリサイド層 47i ゲート絶縁膜 47g ゲート電極 Q メモリセル選択用MOS・FET C キャパシタ(情報蓄積用容量素子) Qp pチャネル形のMOS・FET Qpa pチャネル形のMOS・FET Qn nチャネル形のMOS・FET Qna nチャネル形のMOS・FET WL ワード線 BL ビット線

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メモリセル選択用MISトランジスタ
    と、これに直列に接続された情報蓄積用容量素子とで構
    成されるDRAMを半導体基板上に有する半導体集積回
    路装置であって、前記メモリセル選択用MISトランジ
    スタのゲート電極が多結晶シリコン、バリア金属および
    高融点金属またはシリサイドが順次積層された構造を成
    し、前記多結晶シリコンの導電形を、前記メモリセル選
    択用MISトランジスタのソース・ドレイン用の半導体
    領域の導電形とは逆の導電形としたことを特徴とする半
    導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記メモリセル選択用MISトランジスタのゲー
    ト電極におけるバリア金属がTiNまたはWNから成
    り、前記メモリセル選択用MISトランジスタのゲート
    電極における多結晶シリコンの導電形が多結晶シリコン
    膜に所定の導電形の不純物を導入することで設定されて
    いることを特徴とする半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記メモリセル選択用MISトランジスタのチャ
    ネル形成領域に、しきい電圧微調整用の低不純物濃度の
    半導体領域を設けたことを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記メモリセル選択用MISトランジスタを半導
    体基板における所定の導電形の半導体領域上に設け、か
    つ、前記所定の導電形の半導体領域上に、前記メモリセ
    ル選択用MISトランジスタ以外の他のMISトランジ
    スタであって前記メモリセル選択用MISトランジスタ
    のソース・ドレイン用の半導体領域の導電形と同一チャ
    ネル導電形のMISトランジスタを設けたことを特徴と
    する半導体集積回路装置。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記メモリセル選択用MISトランジスタのチャ
    ネル形成領域に、しきい電圧微調整用の低不純物濃度の
    半導体領域を設けたことを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記メモリセル選択用MISトランジスタにおけ
    るソース・ドレイン用の半導体領域の導電形がn形であ
    り、前記メモリセル選択用MISトランジスタにおける
    ゲート電極の導電形がp形であることを特徴とする半導
    体集積回路装置。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記メモリセル選択用MISトランジスタのチャ
    ネル形成領域に、しきい電圧微調整用の低不純物濃度の
    n形半導体領域を設けたことを特徴とする半導体集積回
    路装置。
  8. 【請求項8】 請求項6記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記メモリセル選択用MISトランジスタのゲー
    ト絶縁膜を酸窒化膜としたことを特徴とする半導体集積
    回路装置。
  9. 【請求項9】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記メモリセル選択用MISトランジスタにおけ
    るソース・ドレイン用の半導体領域の導電形がp形であ
    り、前記メモリセル選択用MISトランジスタにおける
    ゲート電極の導電形がn形であることを特徴とする半導
    体集積回路装置。
  10. 【請求項10】 請求項1記載の半導体集積回路装置に
    おいて、(a)前記半導体基板の上部に形成される分離
    領域と、(b)前記半導体基板の上部に形成される領域
    であって前記分離領域によって規定される活性領域と、
    (c)前記半導体基板上において前記活性領域のうち前
    記メモリセル選択用MISトランジスタが形成される活
    性領域の延在方向に対して交差する方向に延び、かつ、
    前記メモリセル選択用MISトランジスタのゲート電極
    を形成する複数のワード線と、(d)前記複数のワード
    線の表面を被覆する窒化膜と、(e)前記窒化膜とは異
    なる材料からなり、前記窒化膜および複数のワード線を
    被覆するように半導体基板上に堆積された絶縁膜と、
    (f)前記メモリセル選択用MISトランジスタの活性
    領域が露出するように前記絶縁膜に穿孔された接続孔で
    あって、前記絶縁膜と前記窒化膜とのエッチング選択比
    を大きくした状態でのエッチング処理により自己整合的
    に穿孔された接続孔とを備えることを特徴とする半導体
    集積回路装置。
  11. 【請求項11】 請求項10記載の半導体集積回路装置
    において、前記分離領域が半導体基板に形成された分離
    溝内に分離膜が埋め込まれて形成されていることを特徴
    とする半導体集積回路装置。
  12. 【請求項12】 請求項1記載の半導体集積回路装置に
    おいて、前記半導体基板上に論理集積回路を設け、前記
    論理集積回路を構成するMISトランジスタのゲート電
    極の導電形を、そのMISトランジスタにおけるソース
    ・ドレイン用の半導体領域の導電形と同一の導電形とし
    たことを特徴とする半導体集積回路装置。
  13. 【請求項13】 請求項12記載の半導体集積回路装置
    において、前記メモリセル選択用MISトランジスタに
    おけるソース・ドレイン用の半導体領域の導電形がn形
    であり、前記メモリセル選択用MISトランジスタにお
    けるゲート電極の導電形がp形であり、前記論理集積回
    路を構成するpチャネル形のMISトランジスタのゲー
    ト電極の導電形がp形であり、前記論理集積回路を構成
    するnチャネル形のMISトランジスタのゲート電極の
    導電形がn形であることを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  14. 【請求項14】 メモリセル選択用MISトランジスタ
    と、これに直列に接続された情報蓄積用容量素子とで構
    成されるDRAMを半導体基板上に有する半導体集積回
    路装置の製造方法であって、(a)前記半導体基板上に
    ゲート絶縁膜を形成する工程と、(b)前記ゲート絶縁
    膜上に多結晶シリコン膜を堆積する工程と、(c)前記
    多結晶シリコン膜において、前記メモリセル選択用MI
    Sトランジスタのゲート電極形成領域に、前記メモリセ
    ル選択用MISトランジスタのソース・ドレイン用の半
    導体領域の導電形とは逆の導電形の不純物を導入する工
    程と、(d)前記多結晶シリコン膜上にバリア金属膜お
    よび高融点金属膜を順次堆積する工程とを有することを
    特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
  15. 【請求項15】 請求項14記載の半導体集積回路装置
    の製造方法において、前記多結晶シリコン膜におけるゲ
    ート電極形成領域への不純物の導入工程に際して、前記
    不純物を、前記多結晶シリコン膜において前記メモリセ
    ル選択用MISトランジスタ以外の他のMISトランジ
    スタのゲート電極形成領域にも同時に導入することを特
    徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
  16. 【請求項16】 nチャネル形のメモリセル選択用MI
    Sトランジスタと、これに直列に接続された情報蓄積用
    容量素子とで構成されるDRAMを半導体基板上に有す
    る半導体集積回路装置の製造方法であって、(a)前記
    半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、(b)
    前記ゲート絶縁膜上に多結晶シリコン膜を堆積する工程
    と、(c)前記多結晶シリコン膜において、前記nチャ
    ネル形のメモリセル選択用MISトランジスタのゲート
    電極形成領域およびDRAMの周辺回路を構成するpチ
    ャネル形のMISトランジスタのゲート電極形成領域
    に、前記p形の不純物を導入する工程を有することを特
    徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
  17. 【請求項17】 nチャネル形のメモリセル選択用MI
    Sトランジスタと、これに直列に接続された情報蓄積用
    容量素子とで構成されるDRAMを半導体基板上に有す
    る半導体集積回路装置の製造方法であって、(a)前記
    半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、(b)
    前記ゲート絶縁膜上に多結晶シリコン膜を堆積する工程
    と、(c)前記多結晶シリコン膜において、前記nチャ
    ネル形のメモリセル選択用MISトランジスタのゲート
    電極形成領域、DRAMの周辺回路を構成するpチャネ
    ル形のMISトランジスタのゲート電極形成領域おより
    半導体基板上に形成される論理集積回路を構成するMI
    Sトランジスタのpチャネル形のゲート電極形成領域
    に、前記p形の不純物を導入する工程と、(d)前記多
    結晶シリコン膜上にバリア金属膜および高融点金属膜を
    順次堆積する工程とを有することを特徴とする半導体集
    積回路装置の製造方法。
  18. 【請求項18】 メモリセル選択用MISトランジスタ
    と、これに直列に接続された情報蓄積用容量素子とで構
    成されるDRAMを半導体基板上に有する半導体集積回
    路装置の製造方法であって、(a)前記半導体基板の上
    部に分離領域およびこれによって形成される活性領域を
    形成する工程と、(b)前記活性領域における半導体基
    板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、(c)前記ゲー
    ト絶縁膜上に多結晶シリコン膜を堆積する工程と、
    (d)前記多結晶シリコン膜において、前記メモリセル
    選択用MISトランジスタのゲート電極形成領域に、前
    記メモリセル選択用MISトランジスタのソース・ドレ
    イン用の半導体領域の導電形とは逆の導電形の不純物を
    導入する工程と、(e)前記不純物導入工程後の多結晶
    シリコン膜上にバリア金属膜を介して高融点金属または
    高融点金属シリサイドからなる導体膜を堆積する工程
    と、(f)前記多結晶シリコン膜およびその上の導体膜
    をパターニングすることにより、メモリ領域においては
    前記メモリセル選択用MISトランジスタのゲート電極
    を構成する複数のワード線を形成するとともに、メモリ
    領域以外の領域においてはメモリセル選択用MISトラ
    ンジスタ以外の他のMISトランジスタのゲート電極を
    形成する工程と、(g)前記複数のワード線の表面に窒
    化膜を被覆する工程と、(h)前記半導体基板上に、前
    記窒化膜および複数のワード線を被覆するように前記窒
    化膜とは異なる材料からなる絶縁膜を堆積する工程と、
    (i)前記絶縁膜上に接続孔形成用のマスクパターンを
    形成した後、前記半導体基板に対して、前記絶縁膜と前
    記窒化膜とのエッチング選択比を大きくした状態でのエ
    ッチング処理を施すことにより、前記絶縁膜に前記メモ
    リセル選択用MISトランジスタの活性領域が露出する
    ような接続孔を自己整合的に穿孔する工程とを有するこ
    とを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
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Cited By (4)

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