JP2004146844A - Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路装置の製造技術に関し、特に、SRAM(Static Random Access Memory)を有する半導体集積回路装置の製造に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a technology for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a technology effective when applied to the manufacture of a semiconductor integrated circuit device having an SRAM (Static Random Access Memory).
高抵抗負荷型あるいは完全CMOS型のメモリセルと、相補型MISFET(CMOSFET)で構成された周辺回路とを組み合わせたCMOS SRAMは、従来よりコンピュータやワークステーションのキャッシュメモリなどに用いられている。 (4) A CMOS SRAM in which a memory cell of a high resistance load type or a complete CMOS type is combined with a peripheral circuit composed of a complementary MISFET (CMOSFET) has been conventionally used for a cache memory of a computer or a work station.
CMOS SRAMのメモリセルは、1ビット(bit)の情報を記憶するフリップフロップ回路と2個の転送用MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)とで構成されている。フリップフロップ回路は、高抵抗負荷型では一対の駆動用MISFETと一対の抵抗素子とで構成され、完全CMOS型では一対の駆動用MISFETと一対の負荷用MISFETとで構成されている。 The memory cell of the CMOS SRAM is composed of a flip-flop circuit for storing 1-bit information and two transfer MISFETs (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistors). The flip-flop circuit is composed of a pair of driving MISFETs and a pair of resistive elements in a high resistance load type, and is composed of a pair of driving MISFETs and a pair of load MISFETs in a complete CMOS type.
近年、この種のSRAMは、大容量化・高速化のためにメモリセルサイズの微細化が要求されると共に、システムの低消費電力化のために動作電圧の低減が要求されている。しかし、これらの要求に対応しようとする際に問題となるのがα線によるソフトエラー耐性の低下である。 In recent years, this type of SRAM has been required to have a smaller memory cell size for higher capacity and higher speed, and a lower operating voltage for lower power consumption of the system. However, a problem when trying to meet these demands is a decrease in resistance to soft errors due to α rays.
α線によるソフトエラーとは、宇宙線に含まれるα線(He原子核)やLSIパッケージのレジン材料などに含まれる放射性原子から放出されたα線がメモリセルに入射し、情報蓄積部に保持されている情報を破壊する現象である。 Soft error due to α-rays means that α-rays (He nuclei) contained in cosmic rays and α-rays emitted from radioactive atoms contained in resin materials of LSI packages enter memory cells and are stored in an information storage unit. This is a phenomenon that destroys the information that is stored.
α線粒子は5eVのエネルギーを有し、シリコン(Si)基板中に入射すると電子−正孔対を発生させる。このα線がメモリセルの“High”電位レベルの蓄積ノードに入射すると、α線によって発生した電子が蓄積ノードに流れ、正孔が基板に流れる結果、蓄積ノードの電荷と電位とが瞬間的に減少し、ある確率でメモリセルの情報を反転させてしまう。 Α-ray particles have an energy of 5 eV and generate electron-hole pairs when incident on a silicon (Si) substrate. When this α-ray enters the storage node at the “High” potential level of the memory cell, electrons generated by the α-ray flow into the storage node, and holes flow into the substrate. As a result, the charge and potential of the storage node instantaneously change. And the information in the memory cell is inverted with a certain probability.
SRAMの場合、上記したα線によるソフトエラー耐性を向上させるには、メモリセルの蓄積ノード容量を増やすことが有効である。 In the case of SRAM, it is effective to increase the storage node capacity of the memory cell in order to improve the soft error resistance due to the α ray.
特開昭61−128557号公報(特許文献1参照)は、高抵抗負荷型のSRAMに関するものであるが、この公報に開示されたSRAMは、電源電圧(VCC)または基準電圧(VSS)に接続された多結晶シリコンの電極をメモリセルの上部に配置し、この電極と蓄積ノードとこれらに挟まれた絶縁膜とで容量を形成することによって、蓄積ノード容量の増加を図っている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-128557 (refer to Patent Document 1) relates to a high resistance load type SRAM. The SRAM disclosed in this publication is connected to a power supply voltage (VCC) or a reference voltage (VSS). The capacitance of the storage node is increased by arranging the polycrystalline silicon electrode formed above the memory cell and forming a capacitance between the electrode, the storage node, and the insulating film interposed therebetween.
特開昭61−283161号公報(特許文献2参照)は、同じく高抵抗負荷型のSRAMに関するものであるが、この公報に開示されたSRAMは、メモリセルの抵抗素子を構成する第1の多結晶シリコン膜の上部に第2の多結晶シリコン膜を配置し、この第2の多結晶シリコン膜と、抵抗素子の両側に形成された第1の多結晶シリコン膜の低抵抗部と、これらに挟まれた絶縁膜とで容量を形成することによって、蓄積ノード容量の増加を図っている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-283161 (refer to Patent Document 2) also relates to a high resistance load type SRAM, but the SRAM disclosed in this publication discloses a first memory element which constitutes a resistance element of a memory cell. A second polycrystalline silicon film is disposed above the crystalline silicon film, and the second polycrystalline silicon film and a low-resistance portion of the first polycrystalline silicon film formed on both sides of the resistance element are provided. By forming a capacitance with the interposed insulating film, the capacitance of the storage node is increased.
特開昭64−25558号公報(特許文献3参照)は、同じく高抵抗負荷型のSRAMに関するものであるが、この公報に開示されたSRAMは、駆動用MISFETのドレイン領域の接合深さを転送用MISFETのそれよりも深く形成すると共に、このドレイン領域の下部に、このドレイン領域と異なる導電型の半導体領域を形成し、この半導体領域とドレイン領域とで構成されるpn接合容量を蓄積ノードに供給することによって、蓄積ノード容量の増加を図っている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-25558 (refer to Patent Document 3) also relates to a high resistance load type SRAM. The SRAM disclosed in this publication transfers the junction depth of the drain region of a driving MISFET. MISFET is formed deeper than that of the MISFET, and a semiconductor region having a conductivity type different from that of the drain region is formed below the drain region. By supplying, the capacity of the storage node is increased.
特開平1−166554号公報(特許文献4参照)は、駆動用MISFETの上方に形成した2層の多結晶シリコン膜で負荷用MISFETを構成した、TFT(Thin Film Transistor)方式の完全CMOS型SRAMに関するものであるが、この公報に開示されたSRAMは、一方の負荷用MISFETのゲート電極の一部を他方の負荷用MISFETのソースまたはドレイン領域上にまで延在し、このゲート電極と、ソースまたはドレイン領域と、これらに挟まれた絶縁膜とで容量を形成することによって、蓄積ノード容量の増加を図っている。
このように、高抵抗負荷型SRAMやTFT方式の完全CMOS型SRAMは、従来よりメモリセルの蓄積ノード容量を増やすための対策がなされてきた。 As described above, in the high resistance load type SRAM and the TFT type complete CMOS type SRAM, measures for increasing the storage node capacity of the memory cell have been taken conventionally.
しかし、完全CMOS型SRAMのなかでも、メモリセルを構成する6個のMISFETをすべて半導体基板内に形成する、いわゆるバルクCMOS方式のSRAMの場合は、蓄積ノード容量を増やすための対策がなされていなかった。 However, among the full CMOS type SRAMs, in the case of a so-called bulk CMOS type SRAM in which all six MISFETs constituting a memory cell are formed in a semiconductor substrate, no measures have been taken to increase the storage node capacitance. Was.
その理由は、負荷用MISFETを半導体基板内に形成するバルクCMOS方式のSRAMは、負荷用MISFETの面積が比較的大きいことから、電流駆動能力や蓄積ノード容量が大きく、従って、α線の入射によって蓄積ノードの電位が変動した場合でも、蓄積ノードに十分な電荷を供給することができたからである。 The reason is that a bulk CMOS type SRAM in which a load MISFET is formed in a semiconductor substrate has a relatively large area of the load MISFET, and therefore has a large current driving capability and a large storage node capacitance. This is because a sufficient charge can be supplied to the storage node even when the potential of the storage node changes.
しかし、バルクCMOS方式のSRAMにおいても、メモリセルサイズの微細化がさらに進んだ場合には負荷用MISFETの電流駆動能力が低下し、また動作電圧がさらに低下すれば蓄積ノードに蓄えられる電荷量も減少することから、α線による蓄積ノードの電位変動を抑制することができなくなり、ソフトエラー耐性が低下する。 However, even in the bulk CMOS type SRAM, when the memory cell size is further miniaturized, the current driving capability of the load MISFET is reduced, and when the operating voltage is further reduced, the amount of charge stored in the storage node is also reduced. Because of the decrease, the potential fluctuation of the storage node due to the α ray cannot be suppressed, and the soft error resistance decreases.
本発明の目的は、バルクCMOS方式を採用するSRAMのソフトエラー耐性を向上させることのできる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of improving soft error resistance of an SRAM employing a bulk CMOS method.
本発明の他の目的は、バルクCMOS方式を採用するSRAMの微細化を促進することのできる技術を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a technique capable of promoting miniaturization of an SRAM employing a bulk CMOS method.
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。 The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
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。
(1)本願の一発明は、一対の駆動用MISFETおよび一対の負荷用MISFETからなるフリップフロップ回路と、一対の転送用MISFETとでメモリセルを構成したSRAMを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、以下の工程を含んでいる。
(a)半導体基板の主面上に堆積した第1層目の導電膜で前記駆動用MISFET、前記負荷用MISFETおよび前記転送用MISFETのそれぞれのゲート電極を形成する工程、
(b)前記半導体基板内に前記駆動用MISFET、前記負荷用MISFETおよび前記転送用MISFETのそれぞれのソース領域およびドレイン領域を構成する半導体領域を形成する工程、
(c)前記第1層目の導電膜の上部に堆積した第2層目の導電膜、前記第2層目の導電膜の上部に堆積した絶縁膜および前記絶縁膜の上部に堆積した第3層目の導電膜で容量素子の一対の電極と容量絶縁膜とを形成する工程、
(d)前記第3層目の導電膜の上部に堆積した第1層目のメタル膜をパターニングして一対のメタル配線を形成し、前記容量素子の一方の電極と前記メモリセルの一方の蓄積ノードとを前記一対のメタル配線の一方を介在して電気的に接続すると共に、前記容量素子の他方の電極と前記メモリセルの他方の蓄積ノードとを前記一対のメタル配線の他方を介在して電気的に接続する工程。
(2)本願の他の一発明は、一対の駆動用MISFETおよび一対の負荷用MISFETからなるフリップフロップ回路と、一対の転送用MISFETとでメモリセルを構成したSRAMと、メモリセル選択用MISFETとその上部に形成した情報蓄積用容量素子とでメモリセルを構成したDRAMとを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、以下の工程を含んでいる。
(a)半導体基板の主面上に堆積した第1層目の導電膜で前記駆動用MISFET、前記負荷用MISFET、前記転送用MISFETおよび前記メモリセル選択用MISFETのそれぞれのゲート電極を形成する工程、
(b)前記第1層目の導電膜の上部に堆積した第2層目の導電膜、前記第2層目の導電膜の上部に堆積した絶縁膜および前記絶縁膜の上部に堆積した第3層目の導電膜で前記SRAMのメモリセルの上部に容量素子を形成すると共に、前記DRAMのメモリセル選択用MISFETの上部に前記情報蓄積用容量素子を形成する工程、
(c)前記第3層目の導電膜の上部に堆積した第1層目のメタル膜をパターニングして一対のメタル配線を形成し、前記SRAMの容量素子の一方の電極と前記SRAMのメモリセルの一方の蓄積ノードとを前記一対のメタル配線の一方を介在して電気的に接続すると共に、前記容量素子の他方の電極と前記メモリセルの他方の蓄積ノードとを前記一対のメタル配線の他方を介在して電気的に接続する工程。
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
(1) One invention of the present application is a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having an SRAM in which a memory cell is constituted by a flip-flop circuit including a pair of a driving MISFET and a pair of a load MISFET, and a pair of a transfer MISFET. It includes the following steps.
(A) forming respective gate electrodes of the driving MISFET, the load MISFET, and the transfer MISFET with a first conductive film deposited on a main surface of a semiconductor substrate;
(B) forming, in the semiconductor substrate, semiconductor regions constituting source regions and drain regions of the driving MISFET, the load MISFET, and the transfer MISFET;
(C) a second conductive film deposited on the first conductive film, an insulating film deposited on the second conductive film, and a third conductive film deposited on the insulating film. Forming a pair of electrodes of a capacitor and a capacitor insulating film with a conductive film as a layer,
(D) patterning the first-layer metal film deposited on the third-layer conductive film to form a pair of metal wirings, and storing one of the electrodes of the capacitor and one of the memory cells; A node is electrically connected through one of the pair of metal wires, and the other electrode of the capacitive element and the other storage node of the memory cell are connected through the other of the pair of metal wires. The process of electrically connecting.
(2) Another invention of the present application relates to an SRAM in which a memory cell is constituted by a flip-flop circuit including a pair of driving MISFETs and a pair of load MISFETs, a pair of transfer MISFETs, and a memory cell selecting MISFET. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device including a DRAM having a memory cell formed by an information storage capacitor formed thereon and including the following steps.
(A) forming a gate electrode of each of the driving MISFET, the load MISFET, the transfer MISFET, and the memory cell selecting MISFET with a first conductive film deposited on a main surface of a semiconductor substrate; ,
(B) a second-layer conductive film deposited on the first-layer conductive film, an insulating film deposited on the second-layer conductive film, and a third conductive film deposited on the insulating film. Forming a capacitance element above the memory cell of the SRAM with the conductive film of the layer, and forming the information storage capacitance element above the memory cell selecting MISFET of the DRAM;
(C) patterning the first metal film deposited on the third conductive film to form a pair of metal wirings, and forming one electrode of the capacitor element of the SRAM and the memory cell of the SRAM; Is electrically connected to one of the pair of metal wirings via one of the pair of metal wirings, and the other of the pair of metal wirings is connected to the other electrode of the capacitive element and the other storage node of the memory cell. Electrically connecting through the intermediary.
本願におい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とおりである。
(1)メモリセルの上部に形成した容量素子の一方の電極を一方の蓄積ノードに接続し、他方の電極を他方の蓄積ノードに接続することにより、容量素子を通じて蓄積ノードに十分な電荷が供給されるので、メモリセルサイズを微細化したり、動作電圧を低下させたりした場合においても、α線による蓄積ノードの電位変動が抑制され、メモリセルのソフトエラー耐性が向上する。
(2)半導体基板上に堆積した2層の導電膜を使って周辺回路の容量素子を構成することにより、半導体基板に形成した拡散層(pn接合)などを使った容量素子に比べて素子の占有面積を小さくできるので、周辺回路の面積を縮小してSRAMを高集積化することができる。
(3)容量素子の電極と同一工程で形成されたパッド層を介在させてMISFETの半導体領域と配線とを接続することにより、フォトレジストをマスクにしたエッチングで半導体領域の上部に接続を形成する際のマスク合わせ余裕を小さくできるので、MISFETの面積を縮小してSRAMを高集積化することができる。
(4)ゲート電極とに達する接続孔を形成する工程に先立って、ゲート電極の上部を覆っている絶縁膜の一部の膜厚を薄くしておくことにより、短時間のエッチングでゲート電極を露出させることができるので、他の領域のオーバーエッチングが防止され、フィールド絶縁膜などが削られる不具合を防止できる。これにより、SRAMを有する半導体集積回路装置の製造歩留り、信頼性が向上する。
The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.
(1) By connecting one electrode of a capacitor formed above a memory cell to one storage node and connecting the other electrode to the other storage node, sufficient charge is supplied to the storage node through the capacitor. Therefore, even when the memory cell size is reduced or the operating voltage is reduced, the potential change of the storage node due to α rays is suppressed, and the soft error resistance of the memory cell is improved.
(2) By forming a capacitive element of a peripheral circuit using two layers of conductive films deposited on a semiconductor substrate, the capacitance of the element is reduced as compared with a capacitive element using a diffusion layer (pn junction) formed on the semiconductor substrate. Since the occupied area can be reduced, the area of the peripheral circuit can be reduced and the SRAM can be highly integrated.
(3) By connecting the semiconductor region of the MISFET and the wiring through a pad layer formed in the same step as the electrode of the capacitor, a connection is formed above the semiconductor region by etching using a photoresist as a mask. In this case, the margin for mask alignment can be reduced, so that the area of the MISFET can be reduced and the SRAM can be highly integrated.
(4) Prior to the step of forming a connection hole reaching the gate electrode, the thickness of a part of the insulating film covering the upper part of the gate electrode is reduced, so that the gate electrode can be etched in a short time. Since it can be exposed, over-etching of other regions can be prevented, and the problem that the field insulating film or the like is scraped can be prevented. As a result, the manufacturing yield and reliability of the semiconductor integrated circuit device having the SRAM are improved.
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、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, the same members are denoted by the same reference numerals in principle, and the repeated description thereof will be omitted.
(実施の形態1)
図4は、本実施の形態のSRAMのメモリセルの等価回路図である。図示のように、このメモリセルは、一対の相補性データ線(データ線DL、データ線/(バー)DL)とワード線WLとの交差部に配置された一対の駆動用MISFETQd1,Qd2、一対の負荷用MISFETQp1,Qp2および一対の転送用MISFETQt1,Qt2で構成されている。駆動用MISFETQd1,Qd2および転送用MISFETQt1,Qt2はnチャネル型で構成され、負荷用MISFETQp1,Qp2はpチャネル型で構成されている。すなわち、このメモリセルは、4個のnチャネル型MISFETと2個のpチャネル型MISFETとを使った完全CMOS型で構成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the memory cell of the SRAM of the present embodiment. As shown, this memory cell includes a pair of driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 arranged at the intersection of a pair of complementary data lines (data line DL, data line / (bar) DL) and word line WL. , And a pair of load MISFETs Qp 1 and Qp 2 and a pair of transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 . The drive MISFETs Qd 1 and Qd 2 and the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 are of an n-channel type, and the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 are of a p-channel type. That is, this memory cell is configured as a complete CMOS type using four n-channel MISFETs and two p-channel MISFETs.
上記メモリセルを構成する6個のMISFETのうち、一対の駆動用MISFETQd1,Qd2と一対の負荷用MISFETQp1,Qp2は、1ビットの情報を記憶する情報蓄積部としてのフリップフロップ回路を構成している。このフリップフロップ回路の一方の入出力端子(蓄積ノードA)は、転送用MISFETQt1のソース領域に接続され、他方の入出力端子(蓄積ノードB)は、転送用MISFETQt2のソース領域に接続されている。 Of the six MISFETs constituting the memory cell, a pair of drive MISFETs Qd 1 and Qd 2 and a pair of load MISFETs Qp 1 and Qp 2 constitute a flip-flop circuit as an information storage unit for storing 1-bit information. Make up. One of the input and output terminals of the flip-flop circuit (storage node A) is connected to the source region of the transfer MISFET Qt 1, the other input-output terminal (the storage node B) is connected to the source region of the transfer MISFET Qt 2 ing.
転送用MISFETQt1のドレイン領域はデータ線DLに接続され、転送用MISFETQt2のドレイン領域はデータ線/DLに接続されている。また、フリップフロップ回路の一端(負荷用MISFETQp1,Qp2の各ソース領域)は電源電圧(Vcc)に接続され、他端(駆動用MISFETQd1,Qd2の各ソース領域)は基準電圧(Vss)に接続されている。電源電圧(Vcc)は例えば3Vであり、基準電圧(Vss)は例えば0V(GND)である。 Drain region of the transfer MISFET Qt 1 is connected to the data line DL, the drain region of the transfer MISFET Qt 2 is connected to the data line / DL. One end (the source regions of the load MISFETs Qp 1 , Qp 2 ) of the flip-flop circuit is connected to the power supply voltage (Vcc), and the other end (the source regions of the drive MISFETs Qd 1 , Qd 2 ) is the reference voltage (Vss). )It is connected to the. The power supply voltage (Vcc) is, for example, 3 V, and the reference voltage (Vss) is, for example, 0 V (GND).
本実施の形態のSRAMの特徴は、上記メモリセル内に以下に詳述するようなスタック構造の容量素子Cを形成し、この容量素子Cの一方の電極をフリップフロップ回路の一方の蓄積ノード(蓄積ノードA)に接続すると共に、他方の電極を他方の蓄積ノード(蓄積ノードB)に接続したことにある。 A feature of the SRAM of the present embodiment is that a capacitor C having a stack structure as described in detail below is formed in the memory cell, and one electrode of the capacitor C is connected to one storage node of a flip-flop circuit. That is, the other electrode is connected to the other storage node (storage node B) while being connected to the storage node A).
次に、上記メモリセルの具体的な構成を図1(メモリセル約9個分を示す平面図)、図2(メモリセル約1個分を示す拡大平面図)、図3(図1、図2のA−A’線に沿った断面図)を用いて説明する。なお、図1および図2には、メモリセルを構成する各導電層とこれらの導電層を接続する接続孔のみを示し、各導電層を分離する絶縁膜の図示は省略する。 Next, FIG. 1 (a plan view showing about nine memory cells), FIG. 2 (an enlarged plan view showing about one memory cell), and FIG. 3 (FIGS. 2 (a cross-sectional view along the line AA ′). Note that FIGS. 1 and 2 show only the conductive layers constituting the memory cell and the connection holes connecting these conductive layers, and the illustration of the insulating film separating the conductive layers is omitted.
メモリセルを構成する6個のMISFETは、単結晶シリコンからなる半導体基板1の主面のフィールド絶縁膜2で周囲を囲まれた活性領域に形成されている。nチャネル型で構成される駆動用MISFETQd1,Qd2と転送用MISFETQt1,Qt2はp型ウエル3の活性領域に形成され、pチャネル型で構成される負荷用MISFETQp1,Qp2はn型ウエル4の活性領域に形成されている。p型ウエル3の下部の半導体基板1内にはp型埋込み層5が形成され、n型ウエル4の下部の半導体基板1内にはn型埋込み層6が形成されている。
Six MISFETs forming a memory cell are formed in an active region surrounded by a
一対の転送用MISFETQt1,Qt2は、p型ウエル3の活性領域に形成されたn型半導体領域7(ソース領域、ドレイン領域)と、この活性領域の表面に形成された酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜8と、このゲート絶縁膜8上に形成された第1層目のn型多結晶シリコン膜(または多結晶シリコン膜と高融点金属シリサイド膜とを積層したポリサイド膜)からなるゲート電極9とで構成されている。転送用MISFETQt1,Qt2のゲート電極9は、ワード線WLと一体に構成されている。
The pair of transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 include an n-type semiconductor region 7 (source region and drain region) formed in the active region of the p-
一対の駆動用MISFETQd1,Qd2は、p型ウエル3の活性領域に形成されたn型半導体領域10(ソース領域、ドレイン領域)と、この活性領域の表面に形成されたゲート絶縁膜8と、このゲート絶縁膜8上に形成された第1層目のn型多結晶シリコン膜(またはポリサイド膜)からなるゲート電極11a,11bとで構成されている。駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10)は、転送用MISFETQt1のソース領域(n型半導体領域7)と共通の活性領域に形成され、駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10)は、転送用MISFETQt2のソース領域(n型半導体領域7)と共通の活性領域に形成されている。
The pair of driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 include an n-type semiconductor region 10 (source region and drain region) formed in the active region of the p-
一対の負荷用MISFETQp1,Qp2は、n型ウエル4の活性領域に形成されたp型半導体領域12(ソース領域、ドレイン領域)と、この活性領域の表面に形成されたゲート絶縁膜8と、このゲート絶縁膜8上に形成された第1層目のn型多結晶シリコン膜(またはポリサイド膜)からなるゲート電極11a,11bとで構成されている。負荷用MISFETQp1のゲート電極11aは、前記駆動用MISFETQd1のゲート電極11aと一体に構成され、負荷用MISFETQp2のゲート電極11bは、前記駆動用MISFETQd2のゲート電極11bと一体に構成されている。
The pair of load MISFETs Qp 1 and Qp 2 include a p-type semiconductor region 12 (source region and drain region) formed in the active region of the n-
上記6個のMISFETで構成されたメモリセルの上部には、酸化シリコン膜からなる絶縁膜14、15を介して容量素子Cの下部電極16が形成されている。この下部電極16は第2層目のn型多結晶シリコン膜からなり、メモリセルの上部を広く覆っている。下部電極16は、接続孔17を通じて駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10、蓄積ノードA)に接続されている。
A
上記下部電極16の上部には、窒化シリコン膜からなる容量絶縁膜18を介して容量素子Cの上部電極19が形成されている。この上部電極19は第3層目のn型多結晶シリコン膜からなり、メモリセルの上部を広く覆っている。上部電極19は、接続孔20を通じて駆動用MISFETQd1、負荷用MISFETQp1に共通のゲート電極11aと、駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10、蓄積ノードB)とに接続されている。
An
このように、本実施の形態のSRAMは、メモリセルの上部を広い面積で覆う下部電極16と上部電極19、およびこれらに挟まれた容量絶縁膜18でスタック構造の容量素子Cを構成し、この容量素子Cの一方の電極(下部電極16)をフリップフロップ回路の一方の蓄積ノードAに接続し、他方の電極(上部電極19)を他方の蓄積ノードBに接続している。
As described above, in the SRAM of the present embodiment, the
この構成により、容量素子Cを通じて蓄積ノードA,Bに十分な電荷が供給されるので、メモリセルサイズを微細化したり、動作電圧を低下させたりした場合においても、α線による蓄積ノードA,Bの電位変動が抑制され、メモリセルのソフトエラー耐性が向上する。 With this configuration, sufficient charges are supplied to the storage nodes A and B through the capacitance element C. Therefore, even when the memory cell size is reduced or the operating voltage is reduced, the storage nodes A and B using the α-line are used. Is suppressed, and the soft error resistance of the memory cell is improved.
上記容量素子Cの上層には、BPSG(Boro Phospho Silicate Glass)膜からなる第1層目の層間絶縁膜21を介して第1層目のアルミニウム(Al)合金膜からなる一対の局所配線L1,L2、電源電圧線22A、基準電圧線22Bおよび一対のパッド層22Cが形成されている。
A pair of local wirings L 1 made of a first-layer aluminum (Al) alloy film are provided above the capacitor element C via a first-layer
上記一対の局所配線L1,L2の一方(L2)の一端部は、接続孔23を通じて前記容量素子Cの上部電極19に接続され、さらに前記接続孔20を通じて駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10)と、駆動用MISFETQd1、負荷用MISFETQp1に共通のゲート電極11aとに接続されている。局所配線L2の他端部は、接続孔24を通じて負荷用MISFETQp2のドレイン領域(p型半導体領域12)に接続されている。つまり、駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10、蓄積ノードB)、負荷用MISFETQp2のドレイン領域(p型半導体領域12)、駆動用MISFETQd1、負荷用MISFETQp1に共通のゲート電極11aのそれぞれは、局所配線L2および上部電極19を介して互いに接続されている。
One end (L 2 ) of one of the pair of local wirings L 1 , L 2 is connected to the
また、他方の局所配線L1の一端部は、接続孔25を通じて負荷用MISFETQp1のドレイン領域(p型半導体領域12)と、駆動用MISFETQd2、負荷用MISFETQp2に共通のゲート電極11bとに接続されている。局所配線L1の他端部は、接続孔26を通じて前記容量素子Cの下部電極16に接続され、さらに前記接続孔17を通じて駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10)に接続されている。つまり、駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10、蓄積ノードA)、負荷用MISFETQp1のドレイン領域(p型半導体領域12)、駆動用MISFETQd2、負荷用MISFETQp2に共通のゲート電極11bのそれぞれは、局所配線L1および下部電極16を介して互いに接続されている。
One end portion of the other local interconnection L 1 includes a drain region of the load MISFET Qp 1 through the connection hole 25 (p-type semiconductor region 12), the driving MISFET Qd 2, to the
上記局所配線L1,L2と同層の電源電圧線22A、基準電圧線22Bおよび一対のパッド層22Cのうち、電源電圧線22Aは、接続孔27を通じて負荷用MISFETQp1,Qp2の各ソース領域(p型半導体領域12)に接続され、これらのソース領域(p型半導体領域12)に電源電圧(Vcc)を供給する。基準電圧線22Bは、接続孔28を通じて駆動用MISFETQd1,Qd2の各ソース領域(n型半導体領域10)に接続され、これらのソース領域(n型半導体領域10)に基準電圧(Vss)を供給する。また、一対のパッド層22Cの一方は、接続孔29を通じて転送用MISFETQt1のドレイン領域(n型半導体領域7)に接続され、他方は、接続孔29を通じて転送用MISFETQt2のドレイン領域(n型半導体領域7)に接続されている。
Of the power
上記局所配線L1,L2、電源電圧線22A、基準電圧線22Bおよびパッド層22Cの上層には、酸化シリコン膜からなる第2層目の層間絶縁膜31を介して第2層目のAl合金膜からなる一対の相補性データ線(データ線DL、データ線/DL)が形成されている。データ線DLは、接続孔32を通じてパッド層22Cに接続され、さらに前記接続孔29を通じて転送用MISFETQt1のドレイン領域(n型半導体領域7)に接続されている。また、データ線/DLは、接続孔32を通じてパッド層22Cに接続され、さらに接続孔29を通じて転送用MISFETQt2のドレイン領域(n型半導体領域7)に接続されている。
On the local wirings L 1 and L 2 , the power
次に、上記のように構成された本実施の形態のSRAMのメモリセルの製造方法を説明する。なお、メモリセルの製造方法を示す各図(図5〜図22)のうち、断面図は図1、図2のA−A’線に対応している。また、平面図には導電層と接続孔のみを示し、絶縁膜の図示は省略する。 Next, a method of manufacturing the SRAM memory cell according to the present embodiment configured as described above will be described. In each of the drawings (FIGS. 5 to 22) illustrating the method for manufacturing the memory cell, the cross-sectional views correspond to the line A-A 'in FIGS. In the plan view, only the conductive layer and the connection hole are shown, and the illustration of the insulating film is omitted.
まず、図5に示すように、窒化シリコン膜を熱酸化のマスクに用いた周知のLOCOS法により、p-型単結晶シリコンからなる半導体基板1の主面に素子分離用のフィールド絶縁膜2を400nm程度の膜厚で形成する。次に、フォトレジストをマスクにしたイオン注入法により、半導体基板1内にp型埋込み層5とn型埋込み層6とを形成した後、p型埋込み層5の上部にp型ウエル3を形成し、n型埋込み層6の上部にn型ウエル4を形成する。次に、p型ウエル3、n型ウエル4のそれぞれの活性領域の表面を熱酸化してゲート絶縁膜8を形成する。図6は、p型ウエル3、n型ウエル4のそれぞれの活性領域(AR)の平面パターン(メモリセル約9個分)を示している。
First, as shown in FIG. 5, a
次に、図7に示すように、転送用MISFETQt1,Qt2のゲート電極9(ワード線WL)、負荷用MISFETQp1、駆動用MISFETQd1に共通のゲート電極11a、負荷用MISFETQp2、駆動用MISFETQd2に共通のゲート電極11bをそれぞれ形成する。ゲート電極9(ワード線WL)およびゲート電極11a,11bは、半導体基板1上にCVD法で膜厚100nm程度のn型多結晶シリコン膜(またはポリサイド膜)を堆積し、その上にCVD法で膜厚120nm程度の酸化シリコン膜14を堆積した後、フォトレジストをマスクにしたエッチングで酸化シリコン膜14およびn型多結晶シリコン膜(またはポリサイド膜)をパターニングして形成する。図8は、ゲート電極9(ワード線WL)およびゲート電極11a,11bの平面パターン(メモリセル約9個分)を示している。
Next, as shown in FIG. 7, the gate electrode 9 (word line WL) of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 , the load MISFET Qp 1 , the
次に、図9に示すように、半導体基板1上にCVD法で堆積した酸化シリコン膜をRIE(Reactive Ion Etching)法でパターニングすることにより、ゲート電極9(ワード線WL)、ゲート電極11a,11bのそれぞれの側壁にサイドウォールスペーサ13を形成する。次に、フォトレジストをマスクにしたイオン注入法でp型ウエル3にリンまたはヒ素(As)を打ち込んでn型半導体領域7(転送用MISFETQt1,Qt2のソース、ドレイン領域)およびn型半導体領域10(駆動用MISFETQd1,Qd2のソース、ドレイン領域)を形成し、n型ウエル4にホウ素を打ち込んでp型半導体領域12(負荷用MISFETQp1,Qp2のソース、ドレイン領域)を形成する。なお、これらのMISFETのソース領域、ドレイン領域は、高不純物濃度の半導体領域と低不純物濃度の半導体領域とで構成されるLDD(Lightly Doped Drain)構造としてもよい。
Next, as shown in FIG. 9, the silicon oxide film deposited on the
次に、図10に示すように、半導体基板1上にCVD法で膜厚50nm程度の酸化シリコン膜15を堆積し、フォトレジストをマスクにしてこの酸化シリコン膜15とその下層の絶縁膜(ゲート絶縁膜9と同層の絶縁膜)とをエッチングすることにより、図11に示すように、駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10)に達する接続孔17を形成する。
Next, as shown in FIG. 10, a
次に、図12、図13に示すように、半導体基板1上にCVD法で膜厚50nm程度のn型多結晶シリコン膜を堆積し、フォトレジストをマスクにしたエッチングでこの多結晶シリコン膜をパターニングすることにより、容量素子Cの下部電極16を形成する。この下部電極16は、前記接続孔17を通じて駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10、蓄積ノードA)に接続される。
Next, as shown in FIGS. 12 and 13, an n-type polycrystalline silicon film having a thickness of about 50 nm is deposited on the
次に、図14、図15に示すように、半導体基板1上にCVD法で膜厚15nm程度の窒化シリコン膜からなる容量絶縁膜18を堆積し、フォトレジストをマスクにしてこの容量絶縁膜18とその下層の酸化シリコン膜15、14、絶縁膜(ゲート絶縁膜9と同層の絶縁膜)をエッチングすることにより、負荷用MISFETQp1、駆動用MISFETQd1に共通のゲート電極11aと、駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10)とに達する接続孔20を形成する。
Next, as shown in FIGS. 14 and 15, a
次に、図16、図17に示すように、半導体基板1上にCVD法で膜厚50nm程度のn型多結晶シリコン膜を堆積し、フォトレジストをマスクにしたエッチングでこの多結晶シリコン膜をパターニングすることにより、容量素子Cの上部電極19を形成する。この上部電極19は、前記接続孔20を通じて負荷用MISFETQp1、駆動用MISFETQd1に共通のゲート電極11aと、駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10、蓄積ノードB)とに接続される。図18のグレイのパターンで示す領域は、下部電極16と上部電極19とが重なり合った領域(本実施の形態の容量素子Cが形成される領域)を示している。
Next, as shown in FIGS. 16 and 17, an n-type polycrystalline silicon film having a thickness of about 50 nm is deposited on the
次に、図19、図20に示すように、半導体基板1上にCVD法で膜厚500nm程度のBPSG膜からなる層間絶縁膜21を堆積し、その表面をリフローにより平坦化した後、フォトレジストをマスクにしてこの層間絶縁膜21とその下層の容量絶縁膜18、酸化シリコン膜15、14、絶縁膜(ゲート絶縁膜9と同層の絶縁膜)をエッチングすることにより、負荷用MISFETQp2のドレイン領域(p型半導体領域12)に達する接続孔24、負荷用MISFETQp2、駆動用MISFETQd2に共通のゲート電極11bと負荷用MISFETQp1のドレイン領域(p型半導体領域12)とに達する接続孔25、容量素子Cの下部電極16に達する接続孔26、負荷用MISFETQp1,Qp2のソース領域(p型半導体領域12)に達する接続孔27、駆動用MISFETQd1,Qd2のソース領域(n型半導体領域10)に達する接続孔28、転送用MISFETQt1,Qt2のソース領域(n型半導体領域7)に達する接続孔29をそれぞれ形成する。
Next, as shown in FIGS. 19 and 20, an
次に、図21、図22に示すように、層間絶縁膜21上にスパッタ法で膜厚300nm程度のAl合金膜を堆積し、フォトレジストをマスクにしたエッチングでこのAl合金膜をパターニングすることにより、局所配線L1,L2、電源電圧線22A、基準電圧線22Bおよびパッド層22Cを形成する。
Next, as shown in FIGS. 21 and 22, an Al alloy film having a thickness of about 300 nm is deposited on the
次に、CVD法で膜厚500nm程度の酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜31を堆積し、フォトレジストをマスクにしたエッチングでこの層間絶縁膜31に接続孔32を形成した後、層間絶縁膜31上にスパッタ法でAl合金膜を堆積し、フォトレジストをマスクにしたエッチングでこのAl合金膜をパターニングしてデータ線DL,/DLを形成することにより、前記図1〜図3に示すメモリセルが完成する。
Next, an
図23は、本実施の形態のSRAMの周辺回路の一部を示す断面図である。この周辺回路は、例えば入出力保護回路であり、前述したメモリセルの容量素子Cとほぼ同一構造の容量素子Cが形成されている。この容量素子Cの下部電極16は、第2層目のn型多結晶シリコン膜で構成され、メモリセルの容量素子Cの下部電極16と同一工程で形成される。容量絶縁膜18は、窒化シリコン膜からなり、メモリセルの容量素子Cの容量絶縁膜18と同一工程で形成させる。上部電極19は、第3層目のn型多結晶シリコン膜で構成され、メモリセルの容量素子Cの上部電極19と同一工程で形成される。
FIG. 23 is a cross-sectional view showing a part of a peripheral circuit of the SRAM of the present embodiment. This peripheral circuit is, for example, an input / output protection circuit, in which a capacitance element C having substantially the same structure as the above-described capacitance element C of the memory cell is formed. The
この容量素子Cの上部電極19は、入出力保護回路の一部を構成するnチャネル型MISFETQnのn型半導体領域33と接続され、かつ層間絶縁膜21に形成された接続孔35を通じて上層の配線22Dと接続されている。配線22Dは、前記メモリセルの局所配線L1,L2、電源電圧線22A、基準電圧線22Bおよびパッド層22Cと同層のAl合金膜からなる。容量素子Cの下部電極16は、層間絶縁膜21に形成された接続孔36を通じて配線22Dと接続され、かつこの配線22Dを介してn型ウエル4の主面に形成されたp型半導体領域34と接続されている。下部電極16は、n型の多結晶シリコン膜で構成されているので、配線22Dを介して間接的にp型半導体領域34と接続されている。
The
このように、半導体基板1上に堆積した2層の多結晶シリコン膜を使って周辺回路の容量素子Cを構成する本実施の形態によれば、半導体基板に形成した拡散層(pn接合)などを使った容量素子に比べて素子の占有面積を小さくできるので、周辺回路の面積を縮小してSRAMを高集積化することができる。また、この容量素子Cは、拡散層(pn接合)などを使った容量素子に比べて容量の大きさを自由に制御できるという特徴もある。
As described above, according to the present embodiment in which the capacitance element C of the peripheral circuit is formed using the two-layer polycrystalline silicon film deposited on the
また、上記nチャネル型MISFETQnのもう一方のn型半導体領域33は、容量素子Cの上部電極19と同じ第3層目のn型多結晶シリコン膜で構成されたパッド層38を介して配線22Dと接続されている。パッド層38は、容量素子Cの上部電極19と同一工程で形成される。このパッド層38を介してn型半導体領域33と配線22Dとを接続することにより、フォトレジストをマスクにしたエッチングでn型半導体領域33の上部に接続孔37を形成する際のマスク合わせ余裕を小さくできるので、nチャネル型MISFETQnの面積を縮小してSRAMを高集積化することができる。なお、パッド層37は、容量素子Cの下部電極16と同じ第2層目のn型多結晶シリコン膜で構成してもよい。
The other n-
(実施の形態2)
本実施の形態によるSRAMのメモリセルの製造方法を図24〜図38を用いて説明する。なお、メモリセルの製造方法を示す各図のうち、平面図には導電層と接続孔のみを示し、絶縁膜の図示は省略する。
(Embodiment 2)
The method of manufacturing the SRAM memory cell according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In each of the drawings showing the method for manufacturing the memory cell, only the conductive layer and the connection holes are shown in the plan view, and the illustration of the insulating film is omitted.
まず、図24に示すように、p型ウエル3、n型ウエル4のそれぞれの活性領域の主面に転送用MISFETQt1,Qt2のゲート電極9(ワード線WL)、負荷用MISFETQp1、駆動用MISFETQd1に共通のゲート電極11a、負荷用MISFETQp2、駆動用MISFETQd2に共通のゲート電極11bをそれぞれ形成する。ここまでの工程は、前記実施の形態1と同じである。
First, as shown in FIG. 24, the gate electrodes 9 (word lines WL) of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 , the load MISFET Qp 1 , and the drive are provided on the main surfaces of the respective active regions of the p-
次に、本実施の形態では、図25に示すように、フォトレジストをマスクにしてゲート電極11a,11b上の酸化シリコン膜14の一部をエッチングし、その膜厚を薄くする。膜厚を薄くする箇所は、後の工程で局所配線との接続を行うための接続孔が開孔される領域である。
Next, in this embodiment, as shown in FIG. 25, a part of the
酸化シリコン膜14の一部の膜厚を薄くするには、第1のフォトレジストをマスクにして酸化シリコン膜14および多結晶シリコン膜をパターニングしてゲート電極9(ワード線WL)およびゲート電極11a,11bを形成した後、第2のフォトレジストをマスクにして酸化シリコン膜14の一部をエッチングする方法(第1方法)や、第1層目の多結晶シリコン膜上に酸化シリコン膜14を堆積した後、第1のフォトレジストをマスクにして酸化シリコン膜14の一部をエッチングし、次に、第2のフォトレジストをマスクにして酸化シリコン膜14および多結晶シリコン膜をパターニングしてゲート電極9(ワード線WL)およびゲート電極11a,11bを形成する方法(第2方法)がある。
To reduce the thickness of part of the
第1の方法では、ゲート電極形成後、第2のフォトレジストをマスクにして酸化シリコン膜14の一部をエッチングする際、このマスクに合わせずれが生じると、ゲート電極端部のフィールド絶縁膜2が削られる虞れがある。これに対し、第2の方法では、酸化シリコン膜14の一部をエッチングするマスクに合わせずれが生じた場合でも、下層の多結晶シリコン膜がエッチングストッパとなるのでこのような不具合は生じない。
In the first method, when a part of the
第1の方法を採用する場合は、フィールド絶縁膜2とはエッチングレートが異なる材料、例えば窒化シリコン膜を第1層目の多結晶シリコン膜上に堆積し、第1のフォトレジストをマスクにしてこの窒化シリコン膜および多結晶シリコン膜をパターニングしてゲート電極を形成した後、第2のフォトレジストをマスクにして窒化シリコン膜の一部をエッチングすることにより、フィールド絶縁膜2の削れを防ぐことができる。あるいは、ゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサ(13)を形成した後、ゲート電極上の絶縁膜の一部をエッチングすることによっても、ゲート電極端部のフィールド絶縁膜2の削れを防ぐことができる。
When the first method is employed, a material having an etching rate different from that of the
次に、図26に示すように、ゲート電極9(ワード線WL)、ゲート電極11a,11bのそれぞれの側壁にサイドウォールスペーサ13を形成した後、フォトレジストをマスクにしたイオン注入法でp型ウエル3にn型半導体領域7(転送用MISFETQt1,Qt2のソース、ドレイン領域)およびn型半導体領域10(駆動用MISFETQd1,Qd2のソース、ドレイン領域)を形成し、n型ウエル4にp型半導体領域12(負荷用MISFETQp1,Qp2のソース、ドレイン領域)を形成する。
Next, as shown in FIG. 26, after forming a
次に、図27に示すように、半導体基板1上にCVD法で窒化シリコン膜40を堆積した後、図28、図29に示すように、CVD法で堆積したn型多結晶シリコン膜をパターニングして容量素子Cの下部電極41を形成する。前記実施の形態1では、下部電極41を形成する工程に先だって、駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10)に達する接続孔(17)を形成したが、本実施の形態では、この工程を省略する。
Next, as shown in FIG. 27, a
次に、図30、図31に示すように、CVD法で窒化シリコン膜からなる容量絶縁膜18を堆積し、続いてCVD法で堆積したn型多結晶シリコン膜をパターニングして容量素子Cの上部電極42を形成する。すなわち、前記実施の形態1では、容量絶縁膜18を堆積した直後に負荷用MISFETQp1、駆動用MISFETQd1に共通のゲート電極11aと、駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10)とに達する接続孔(20)を形成するのに対し、本実施の形態では、この工程を省略し、容量絶縁膜18の堆積と上部電極42用の多結晶シリコン膜の堆積とを連続して行う。図32のグレイのパターンで示す領域は、下部電極41と上部電極42とが重なり合った領域(本実施の形態の容量素子Cが形成される領域)を示している。
Next, as shown in FIGS. 30 and 31, a capacitive insulating
次に、図33〜図35に示すように、CVD法でBPSG膜からなる層間絶縁膜21を堆積し、その表面をリフローにより平坦化した後、フォトレジストをマスクにして層間絶縁膜21をエッチングする。このとき、層間絶縁膜21の下層の容量絶縁膜18(窒化シリコン膜)または上部電極42(多結晶シリコン膜)をエッチングストッパにして、層間絶縁膜21のみをエッチングする。
Next, as shown in FIGS. 33 to 35, an
次に、層間絶縁膜21の下層の容量絶縁膜18または上部電極42、さらにその下層の下部電極41、窒化シリコン膜40、酸化シリコン膜14、絶縁膜(ゲート絶縁膜9と同層の絶縁膜)をエッチングし、負荷用MISFETQp1,Qp2のソース領域(p型半導体領域12)に達する接続孔27、駆動用MISFETQd1,Qd2のソース領域(n型半導体領域10)に達する接続孔28、転送用MISFETQt1,Qt2のソース領域(n型半導体領域7)に達する接続孔29、負荷用MISFETQp1、駆動用MISFETQd1に共通のゲート電極11aと駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10)とに達する接続孔43、負荷用MISFETQp2、駆動用MISFETQd2に共通のゲート電極11bと負荷用MISFETQp1のドレイン領域(p型半導体領域12)とに達する接続孔44、駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10)に達する接続孔45、負荷用MISFETQp2のドレイン領域(p型半導体領域12)に達する接続孔46をそれぞれ形成する。
Next, the capacitive insulating
上記接続孔43は、上部電極42の一部を貫通してゲート電極11aとドレイン領域(n型半導体領域10)とに達しているので、図34に示すように、この接続孔43の側壁に上部電極42の一部が露出する。また、同図には示していないが、接続孔45は、下部電極41の一部を貫通してドレイン領域(n型半導体領域10)に達しているので、この接続孔45の側壁には下部電極41の一部が露出する。
Since the
また、上記接続孔43の底部にはゲート電極11aの一部が露出し、接続孔44の底部にはゲート電極11bの一部が露出するが、前述したように、この領域のゲート電極11a,11b上の酸化シリコン膜14は、あらかじめその膜厚を薄くしてあるので、短時間のエッチングでゲート電極11a,11bを露出させることができる。これに対し、接続孔43、44の底部の酸化シリコン膜14の膜厚を薄くしなかった場合は、酸化シリコン膜14を長時間エッチングしなければならないので、レジストマスクに合わせずれが生じたときに、ゲート電極11a,11bの端部のフィールド絶縁膜2がオーバーエッチングされて削られる虞れがある。
A part of the
次に、図36、図37に示すように、層間絶縁膜21上にスパッタ法で堆積したAl合金膜をパターニングすることにより、局所配線L1,L2、電源電圧線22A、基準電圧線22Bおよびパッド層22Cを形成する。
Next, as shown in FIGS. 36 and 37, the local wirings L 1 and L 2 , the power
これにより、一方の局所配線L2の一端部は、接続孔43の側壁で容量素子Cの上部電極42に接続され、さらにこの接続孔43の底部で駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10)と、駆動用MISFETQd1、負荷用MISFETQp1に共通のゲート電極11aとに接続される。局所配線L2の他端部は、接続孔46を通じて負荷用MISFETQp2のドレイン領域(p型半導体領域12)に接続される。つまり、駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10、蓄積ノードB)、負荷用MISFETQp2のドレイン領域(p型半導体領域12)、駆動用MISFETQd1、負荷用MISFETQp1に共通のゲート電極11aのそれぞれは、局所配線L2および上部電極42を介して互いに接続される。
Thus, one end portion of one of the local lines L 2 are connected by a side wall of the
また、他方の局所配線L1の一端部は、接続孔45の側壁で容量素子Cの下部電極41に接続され、さらにこの接続孔45の底部で駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10)に接続される。局所配線L1の他端部は、接続孔44を通じて負荷用MISFETQp1のドレイン領域(p型半導体領域12)と、駆動用MISFETQd2、負荷用MISFETQp2に共通のゲート電極11bとに接続される。つまり、駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10、蓄積ノードA)、負荷用MISFETQp1のドレイン領域(p型半導体領域12)、駆動用MISFETQd2、負荷用MISFETQp2に共通のゲート電極11bのそれぞれは、局所配線L1および下部電極41を介して互いに接続される。
The other end portion of the local wiring L 1 is connected at the side wall of the
また、電源電圧線22Aは、接続孔27を通じて負荷用MISFETQp1,Qp2の各ソース領域(p型半導体領域12)に接続され、基準電圧線22Bは、接続孔28を通じて駆動用MISFETQd1,Qd2の各ソース領域(n型半導体領域10)に接続される。さらに、一対のパッド層22Cの一方は、接続孔29を通じて転送用MISFETQt1のドレイン領域(n型半導体領域7)に接続され、他方は、接続孔29を通じて転送用MISFETQt2のドレイン領域(n型半導体領域7)に接続される。
The power
その後、図38に示すように、CVD法で堆積した酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜31に接続孔32を形成した後、層間絶縁膜31上にスパッタ法で堆積したAl合金膜をパターニングしてデータ線DL,/DLを形成し、接続孔32を通じてデータ線DL,/DLとパッド層22Cとを接続する。
Then, as shown in FIG. 38, after forming a
このように、本実施の形態の製造方法は、容量素子Cの下部電極41を形成する工程に先だって駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10)に達する接続孔を形成する工程と、容量絶縁膜18を堆積した後、上部電極42を形成する工程に先だって負荷用MISFETQp1、駆動用MISFETQd1に共通のゲート電極11aと、駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10)とに達する接続孔を形成する工程とを省略する。これにより、フォトレジストをマスクにしたエッチング工程が2工程少なくなるので、その分、メモリセルの製造工程を短縮することができる。
Thus, the manufacturing method of this embodiment includes the steps of forming a contact hole reaching the drain region of the prior driving MISFET Qd 1 (n-type semiconductor region 10) to the step of forming the
なお、上記した2つの接続孔形成工程は、いずれか一方のみを省略することもできる。例えば容量素子Cの下部電極41を形成する工程では接続孔を形成し、上部電極42を形成する工程では接続孔を形成しないようにすると、DRAM(Dynamic Random Access Memory)のメモリセル選択用MISFETの上部にスタック構造の情報蓄積用容量素子(キャパシタ)を形成するプロセスと、本発明の容量素子Cを形成するプロセスとを共通化することができるので、一つの半導体チップにDRAMとSRAMとを混在させた1チップマイコンの製造工程を短縮することができる。
In the above two connection hole forming steps, only one of them can be omitted. For example, if a connection hole is formed in the step of forming the
また、本実施の形態の製造方法は、容量絶縁膜18の堆積と第3層目の多結晶シリコン膜の堆積とを連続して行う。これにより、容量絶縁膜18の表面の汚染を少なくすることができるので、高品質の容量素子Cを形成することができる。
In the manufacturing method according to the present embodiment, the deposition of the
また、本実施の形態の製造方法は、絶縁膜をエッチングしてゲート電極11aに達する接続孔43とゲート電極11bに達する接続孔44とを形成する工程に先立って、ゲート電極11a,11b上の絶縁膜(酸化シリコン膜14)の膜厚を薄くしておく。これにより、接続孔43、44を形成する際に用いるレジストマスクの合わせずれによるフィールド絶縁膜2の削れを抑えることができるので、SRAMの製造歩留まり、信頼性を向上させることができる。またこれにより、接続孔43、44とゲート電極11a,11bとドレイン領域(n型半導体領域10)との合わせ余裕が不要となるので、メモリセルの面積を縮小してSRAMの高集積化を図ることができる。
Further, in the manufacturing method according to the present embodiment, prior to the step of forming the
図39に示すように、本実施の形態のSRAMの周辺回路、例えば入出力保護回路には、前述したメモリセルの容量素子Cとほぼ同一構造の容量素子Cが形成される。この容量素子Cの下部電極41は、第2層目のn型多結晶シリコン膜で構成され、メモリセルの容量素子Cの下部電極41と同一工程で形成される。容量絶縁膜18は、窒化シリコン膜で構成され、メモリセルの容量素子Cの容量絶縁膜18と同一工程で形成される。上部電極42は、第3層目のn型多結晶シリコン膜で構成され、メモリセルの容量素子Cの上部電極42と同一工程で形成される。
As shown in FIG. 39, a capacitive element C having substantially the same structure as the capacitive element C of the memory cell described above is formed in a peripheral circuit of the SRAM of the present embodiment, for example, an input / output protection circuit. The
この容量素子Cの下部電極41は、層間絶縁膜21に形成された接続孔36の側壁で配線22Dと接続され、かつこの配線22Dを通じてn型ウエル4のp型半導体領域34と接続されている。上部電極42は、層間絶縁膜21に形成された接続孔35の側壁で配線22Dと接続され、かつこの配線22Dを通じてnチャネル型MISFETQnのn型半導体領域33と接続されている。また、nチャネル型MISFETQnのもう一方のn型半導体領域33は、容量素子Cの上部電極42と同じ第3層目のn型多結晶シリコン膜で構成されたパッド層38を介して配線22Dと接続されている。パッド層38は、容量素子Cの下部電極41と同じ第2層目のn型多結晶シリコン膜で構成してもよい。
The
(実施の形態3)
本実施の形態によるSRAMのメモリセルの製造方法を図40〜図52を用いて説明する。なお、メモリセルの製造方法を示す各図のうち、平面図には導電層と接続孔のみを示し、絶縁膜の図示は省略する。
(Embodiment 3)
A method of manufacturing the SRAM memory cell according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In each of the drawings showing the method for manufacturing the memory cell, only the conductive layer and the connection holes are shown in the plan view, and the illustration of the insulating film is omitted.
まず、図40に示すように、第1層目のn型多結晶シリコン膜をパターニングして、p型ウエル3、n型ウエル4のそれぞれの活性領域の主面に転送用MISFETQt1,Qt2のゲート電極9(ワード線WL)、負荷用MISFETQp1、駆動用MISFETQd1に共通のゲート電極11a、負荷用MISFETQp2、駆動用MISFETQd2に共通のゲート電極11bをそれぞれ形成する。次に、後の工程で局所配線との接続を行うための接続孔が配置される領域のゲート電極11a,11bの上部を覆う酸化シリコン膜14をエッチングしてその膜厚を薄くする。
First, as shown in FIG. 40, the first layer of the n-type polycrystalline silicon film is patterned, and the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 are formed on the main surfaces of the respective active regions of the p-
次に、ゲート電極9(ワード線WL)、ゲート電極11a,11bのそれぞれの側壁にサイドウォールスペーサ13を形成した後、p型ウエル3にn型半導体領域7(転送用MISFETQt1,Qt2のソース、ドレイン領域)およびn型半導体領域10(駆動用MISFETQd1,Qd2のソース、ドレイン領域)を形成し、n型ウエル4にp型半導体領域12(負荷用MISFETQp1,Qp2のソース、ドレイン領域)を形成する。ここまでの工程は、前記実施の形態2と同じである。
Next, after forming
次に、本実施の形態では、図41に示すように、半導体基板1上にCVD法で窒化シリコン膜40を堆積した後、図42に示すように、この窒化シリコン膜40とその下層の絶縁膜(ゲート絶縁膜9と同層の絶縁膜)とをエッチングし、負荷用MISFETQp1のドレイン領域(p型半導体領域12)に達する接続孔50を形成する。
Next, in this embodiment, as shown in FIG. 41, a
次に、図43、図44に示すように、CVD法で堆積した多結晶シリコン膜をパターニングして容量素子Cの下部電極51を形成する。このとき、本実施の形態では、下部電極51をp型の多結晶シリコン膜で構成し、前記接続孔50を通じて負荷用MISFETQp1のドレイン領域(p型半導体領域12)とダイレクトに接続する。
Next, as shown in FIGS. 43 and 44, the
次に、図45、図46に示すように、CVD法で堆積した窒化シリコン膜からなる容量絶縁膜18とその下層の絶縁膜(ゲート絶縁膜9と同層の絶縁膜)とをエッチングして、駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10)に達する接続孔52を形成した後、CVD法で堆積したn型の多結晶シリコン膜をパターニングして容量素子Cの上部電極53を形成する。この上部電極53は、上記接続孔52を通じて駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10)に接続される。図47のグレイのパターンで示す領域は、下部電極51と上部電極53とが重なり合った領域(本実施の形態の容量素子Cが形成される領域)を示している。
Next, as shown in FIGS. 45 and 46, the
次に、図48、図49に示すように、CVD法でBPSG膜からなる層間絶縁膜21を堆積し、その表面をリフローにより平坦化した後、フォトレジストをマスクにして、まず層間絶縁膜21をエッチングし、引き続き、層間絶縁膜21の下層の容量絶縁膜18、上部電極52または下部電極51、さらにその下層の窒化シリコン膜40、酸化シリコン膜14、絶縁膜(ゲート絶縁膜9と同層の絶縁膜)をエッチングすることにより、負荷用MISFETQp1,Qp2のソース領域(p型半導体領域12)に達する接続孔27、駆動用MISFETQd1,Qd2のソース領域(n型半導体領域10)に達する接続孔28、転送用MISFETQt1,Qt2のソース領域(n型半導体領域7)に達する接続孔29、負荷用MISFETQp1、駆動用MISFETQd1に共通のゲート電極11aと駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10)とに達する接続孔54、負荷用MISFETQp2、駆動用MISFETQd2に共通のゲート電極11bと負荷用MISFETQp1のドレイン領域(p型半導体領域12)とに達する接続孔55、駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10)の上部において上部電極53に達する接続孔57、負荷用MISFETQp2のドレイン領域(p型半導体領域12)の上部において下部電極51に達する接続孔58をそれぞれ形成する。
Next, as shown in FIGS. 48 and 49, an
上記接続孔54を形成する際には、その底部にゲート電極11aの一部が露出し、接続孔55を形成する際には、その底部にゲート電極11bの一部が露出するが、前述したように、この領域のゲート電極11a,11b上の酸化シリコン膜14は、あらかじめその膜厚を薄くしてあるので、接続孔54、55を形成する際に用いるレジストマスクの合わせずれによるフィールド絶縁膜2の削れを抑えることができ、これにより、前記実施の形態2と同様の効果が得られる。
When the
次に、図50、図51に示すように、層間絶縁膜21上にスパッタ法で堆積したAl合金膜をパターニングすることにより、局所配線L1,L2、電源電圧線22A、基準電圧線22Bおよびパッド層22Cを形成する。
Next, as shown in FIGS. 50 and 51, the local wirings L 1 and L 2 , the power
これにより、一方の局所配線L2の一端部は、接続孔54を通じて駆動用MISFETQd1、負荷用MISFETQp1に共通のゲート電極11aと、駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10、蓄積ノードB)とに接続され、局所配線L2の他端部は、接続孔58を通じて下部電極51に接続され、さらに接続孔50を通じて負荷用MISFETQp2のドレイン領域(p型半導体領域12)に接続される。つまり、駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10、蓄積ノードB)、負荷用MISFETQp2のドレイン領域(p型半導体領域12)、駆動用MISFETQd1、負荷用MISFETQp1に共通のゲート電極11aのそれぞれは、局所配線L2および下部電極51を介して互いに接続される。
Thus, one end portion of one of the local lines L 2 are connected for drive through a
また、他方の局所配線L1の一端部は、接続孔55を通じて駆動用MISFETQd2、負荷用MISFETQp2に共通のゲート電極11bと、負荷用MISFETQp1のドレイン領域(p型半導体領域12)とに接続され、局所配線L1の他端部は、接続孔57を通じて上部電極53に接続され、さらに接続孔52を通じて駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10、蓄積ノードA)に接続される。つまり、駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10、蓄積ノードA)、負荷用MISFETQp1のドレイン領域(p型半導体領域12)、駆動用MISFETQd2、負荷用MISFETQp2に共通のゲート電極11bのそれぞれは、局所配線L1および上部電極53を介して互いに接続される。
One end portion of the other local interconnection L 1 is the
また、電源電圧線22Aは、接続孔27を通じて負荷用MISFETQp1,Qp2の各ソース領域(p型半導体領域12)に接続され、基準電圧線22Bは、接続孔28を通じて駆動用MISFETQd1,Qd2の各ソース領域(n型半導体領域10)に接続される。さらに、一対のパッド層22Cの一方は、接続孔29を通じて転送用MISFETQt1のドレイン領域(n型半導体領域7)に接続され、他方は、接続孔29を通じて転送用MISFETQt2のドレイン領域(n型半導体領域7)に接続される。
The power
その後、図52に示すように、CVD法で堆積した酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜31に接続孔32を形成した後、層間絶縁膜31上にスパッタ法で堆積したAl合金膜をパターニングしてデータ線DL,/DLを形成し、接続孔32を通じてデータ線DL,/DLとパッド層22Cとを接続する。
Thereafter, as shown in FIG. 52, after forming a
図53に示すように、本実施の形態のSRAMの周辺回路、例えば入出力保護回路には、前述したメモリセルの容量素子Cとほぼ同一構造の容量素子Cが形成される。この容量素子Cの下部電極51は、第2層目のp型多結晶シリコン膜で構成され、メモリセルの容量素子Cの下部電極51と同一工程で形成される。容量絶縁膜18は、窒化シリコン膜からなり、メモリセルの容量素子Cの容量絶縁膜18と同一工程で形成される。上部電極53は、第3層目のn型多結晶シリコン膜で構成され、メモリセルの容量素子Cの上部電極53と同一工程で形成される。
As shown in FIG. 53, a capacitor C having substantially the same structure as the capacitor C of the memory cell described above is formed in a peripheral circuit of the SRAM according to the present embodiment, for example, an input / output protection circuit. The
この容量素子Cの下部電極51は、n型ウエル4のp型半導体領域34と接続され、かつ層間絶縁膜21に形成された接続孔36を通じて配線22Dと接続されている。上部電極53は、nチャネル型MISFETQnのn型半導体領域33と接続され、かつ層間絶縁膜21に形成された接続孔35を通じて配線22Dと接続されている。また、nチャネル型MISFETQnのもう一方のn型半導体領域33は、容量素子Cの上部電極53と同じ第3層目のn型多結晶シリコン膜で構成されたパッド層38を介して配線22Dと接続されている。本実施の形態では第2層目の多結晶シリコン膜をp型で構成しているので、このp型多結晶シリコン膜で構成されたパッド層を介して(図示しない)周辺回路のpチャネル型MISFETのp型半導体領域と配線とを接続させることができる。
The
(実施の形態4)
本実施の形態によるSRAMのメモリセルの製造方法を図54〜図64を用いて説明する。なお、メモリセルの製造方法を示す各図のうち、平面図には導電層と接続孔のみを示し、絶縁膜の図示は省略する。
(Embodiment 4)
A method of manufacturing the SRAM memory cell according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In each of the drawings showing the method for manufacturing the memory cell, only the conductive layer and the connection holes are shown in the plan view, and the illustration of the insulating film is omitted.
まず、図54に示すように、前記実施の形態2と同一の工程に従って駆動用MISFETQd1,Qd2、負荷用MISFETQp1,Qp2および転送用MISFETQt1,Qt2を形成し、その上部に窒化シリコン膜40を堆積する。
First, as shown in FIG. 54, drive MISFETs Qd 1 , Qd 2 , load MISFETs Qp 1 , Qp 2 and transfer MISFETs Qt 1 , Qt 2 are formed in accordance with the same steps as in the second embodiment, and nitrided on top of them. A
すなわち、p型ウエル3、n型ウエル4のそれぞれの活性領域の主面に転送用MISFETQt1,Qt2のゲート電極9(ワード線WL)、負荷用MISFETQp1、駆動用MISFETQd1に共通のゲート電極11a、負荷用MISFETQp2、駆動用MISFETQd2に共通のゲート電極11bをそれぞれ形成した後、フォトレジストをマスクにしてゲート電極11a,11b上の酸化シリコン膜14の一部をエッチングし、その膜厚を薄くする。続いて、ゲート電極9(ワード線WL)、ゲート電極11a,11bのそれぞれの側壁にサイドウォールスペーサ13を形成した後、フォトレジストをマスクにしたイオン注入法でp型ウエル3にn型半導体領域7(転送用MISFETQt1,Qt2のソース、ドレイン領域)およびn型半導体領域10(駆動用MISFETQd1,Qd2のソース、ドレイン領域)を形成し、n型ウエル4にp型半導体領域12(負荷用MISFETQp1,Qp2のソース、ドレイン領域)を形成する。その後、半導体基板1上にCVD法で窒化シリコン膜40を堆積する。
That is, a gate common to the gate electrodes 9 (word lines WL) of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 , the load MISFET Qp 1 , and the drive MISFET Qd 1 is provided on the main surface of each of the active regions of the p-
次に、図55、図56に示すように、窒化シリコン膜40の上部にCVD法で堆積したn型多結晶シリコン膜をパターニングして容量素子Cの下部電極61を形成する。この下部電極61は、前記実施の形態2の下部電極41とはパターンが異なっており、図56に示すように、その一部が駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10)、負荷用MISFETQp1のドレイン領域(p型半導体領域12)のそれぞれの上部を覆っている。
Next, as shown in FIGS. 55 and 56, the
次に、図57、図58に示すように、窒化シリコン膜からなる容量絶縁膜18をCVD法で堆積した後、この容量絶縁膜18上にCVD法で堆積したn型多結晶シリコン膜をパターニングして容量素子Cの上部電極62を形成する。この上部電極62は、前記実施の形態2の上部電極42とはパターンが異なっており、図58に示すように、その一部が駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10)、負荷用MISFETQp2のドレイン領域(p型半導体領域12)のそれぞれの上部を覆っている。図59のグレイのパターンで示す領域は、下部電極61と上部電極62とが重なり合った領域(本実施の形態の容量素子Cが形成される領域)を示している。
Next, as shown in FIGS. 57 and 58, after a
次に、図60、図61に示すように、BPSG膜からなる層間絶縁膜21をCVD法で堆積し、その表面をリフローにより平坦化した後、フォトレジストをマスクにして、まず層間絶縁膜21をエッチングし、続いて層間絶縁膜21の下層の上部電極62、容量絶縁膜18、下部電極61、窒化シリコン膜40、酸化シリコン膜14、絶縁膜(ゲート絶縁膜9と同層の絶縁膜)をエッチングすることにより、負荷用MISFETQp1,Qp2のソース領域(p型半導体領域12)に達する接続孔27、駆動用MISFETQd1,Qd2のソース領域(n型半導体領域10)に達する接続孔28、転送用MISFETQt1,Qt2のソース領域(n型半導体領域7)に達する接続孔29、負荷用MISFETQp1、駆動用MISFETQd1に共通のゲート電極11aと駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10)とに達する接続孔63、負荷用MISFETQp2、駆動用MISFETQd2に共通のゲート電極11bと負荷用MISFETQp1のドレイン領域(p型半導体領域12)とに達する接続孔64、駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10)に達する接続孔65、負荷用MISFETQp2のドレイン領域(p型半導体領域12)に達する接続孔66をそれぞれ形成する。
Next, as shown in FIGS. 60 and 61, an
上記接続孔63は、上部電極62の一部を貫通してゲート電極11aとドレイン領域(n型半導体領域10)とに達しているので、図60に示すように、この接続孔63の側壁に上部電極62の一部が露出する。また、同図には示していないが、接続孔66も上部電極62の一部を貫通してドレイン領域(n型半導体領域12)に達しているので、この接続孔63の側壁に上部電極62の一部が露出する。また、接続孔64は、下部電極61の一部を貫通してゲート電極11bとドレイン領域(n型半導体領域12)とに達しているので、図60に示すように、この接続孔64の側壁に下部電極61の一部が露出する。また、同図には示していないが、接続孔65も下部電極61の一部を貫通してドレイン領域(n型半導体領域10)に達しているので、この接続孔65の側壁に下部電極61の一部が露出する。
Since the
なお、上記接続孔63の底部にはゲート電極11aの一部が露出し、接続孔64の底部にはゲート電極11bの一部が露出するが、前述したように、この領域のゲート電極11a,11b上の酸化シリコン膜14は、あらかじめその膜厚を薄くしてあるので、短時間のエッチングでゲート電極11a,11bを露出させることができ、前記実施の形態2と同様の効果が得られる。
A part of the
次に、図62に示すように、層間絶縁膜21上にスパッタ法あるいはCVD法で堆積したタングステン(W)膜をエッチバックすることにより、前記接続孔63〜66の内部にW膜67を埋め込む。
Next, as shown in FIG. 62, a tungsten (W) film deposited by a sputtering method or a CVD method on the
前述したように、接続孔63の側壁と接続孔66の側壁にはそれぞれ上部電極62の一部が露出しているので、駆動用MISFETQd2のドレイン領域(n型半導体領域10、蓄積ノードB)、負荷用MISFETQp2のドレイン領域(p型半導体領域12)、駆動用MISFETQd1、負荷用MISFETQp1に共通のゲート電極11aのそれぞれは、接続孔63、66に埋め込まれたW膜67および上部電極62を介して互いに接続される。
As described above, since each of the side walls and the side walls of the connection hole 66 of the
また、接続孔64の側壁と接続孔65の側壁にはそれぞれ下部電極61の一部が露出しているので、駆動用MISFETQd1のドレイン領域(n型半導体領域10、蓄積ノードA)、負荷用MISFETQp1のドレイン領域(p型半導体領域12)、駆動用MISFETQd2、負荷用MISFETQp2に共通のゲート電極11bのそれぞれは、接続孔64,65に埋め込まれたW膜67および下部電極61を介して互いに接続される。
Further, since each of the side walls and the side walls of the connection hole 65 of the
このように、前記各実施の形態1〜3では、層間絶縁膜21上にスパッタ法で堆積したAl合金膜を使って局所配線(L1,L2)を形成したのに対し、本実施の形態では、接続孔63〜66の内部に埋め込んだW膜67と容量素子Cの上部電極62および下部電極61を局所配線として利用する。これにより、図63に示すように、層間絶縁膜21上に堆積したAl合金膜で電源電圧線22A、基準電圧線22Bおよびパッド層22Cを形成する際、前記各実施の形態1〜3で局所配線を配置した領域に他の配線(例えば基準電圧線や電源電圧線を強化するための配線、分割ワード線など)を配置することが可能となるので、メモリセルの動作信頼性や配線設計の自由度が向上する。
As described above, in the first to third embodiments, the local wirings (L 1 , L 2 ) are formed using the Al alloy film deposited on the
その後、図64に示すように、CVD法で堆積した酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜31に接続孔32を形成した後、層間絶縁膜31上にスパッタ法で堆積したAl合金膜をパターニングしてデータ線DL,/DLを形成し、接続孔32を通じてデータ線DL,/DLとパッド層22Cとを接続する。
Thereafter, as shown in FIG. 64, after forming a
なお、本実施の形態では接続孔63〜66の内部にW膜を埋め込んだが、W以外の金属材料を埋め込んでもよい。このとき接続孔63〜66に埋め込む金属は、層間絶縁膜21上に堆積したAl合金膜をパターニングして電源電圧線22A、基準電圧線22B、パッド層22Cなどを形成する際のドライエッチングで削れ難い材料を選択する必要がある。また、接続孔63〜66の底部は半導体領域(n型半導体領域10またはp型半導体領域12)と接しているので、接続孔63〜66に埋め込む金属は、半導体領域中の不純物が拡散し難い材料を選択する必要がある。ただし、不純物拡散速度の遅い金属シリサイド層を半導体領域の表面に設けた場合は、この限りではない。
In the present embodiment, the W film is embedded in the connection holes 63 to 66, but a metal material other than W may be embedded. At this time, the metal to be buried in the connection holes 63 to 66 is removed by dry etching when the power
本発明によれば、容量素子の上部電極および下部電極を局所配線として利用することにより、別途局所配線を設ける必要がなくなり、局所配線を設ける領域に他の配線を配置することが可能となるので、メモリセルの動作信頼性や配線設計の自由度を向上させることができる。 According to the present invention, by using the upper electrode and the lower electrode of the capacitive element as local wiring, it is not necessary to separately provide a local wiring, and another wiring can be arranged in a region where the local wiring is provided. In addition, the operational reliability of the memory cell and the degree of freedom in wiring design can be improved.
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。 As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say.
本発明は、SRAMあるいはSRAMとDRAMとを同一半導体基板上に形成する半導体集積回路装置の製造に適用して有用なものである。 The present invention is useful when applied to the manufacture of an SRAM or a semiconductor integrated circuit device in which an SRAM and a DRAM are formed on the same semiconductor substrate.
1 半導体基板
2 フィールド絶縁膜
3 p型ウエル
4 n型ウエル
5 p型埋込み層
6 n型埋込み層
7 n型半導体領域(ソース領域、ドレイン領域)
8 ゲート絶縁膜
9 ゲート電極
10 n型半導体領域(ソース領域、ドレイン領域)
11a ゲート電極
11b ゲート電極
12 p型半導体領域(ソース領域、ドレイン領域)
13 サイドウォールスペーサ
14 酸化シリコン膜
15 酸化シリコン膜
16 下部電極
17 接続孔
18 容量絶縁膜
19 上部電極
20 接続孔
21 層間絶縁膜
22A 電源電圧線
22B 基準電圧線
22C パッド層
22D 配線
23 接続孔
24 接続孔
25 接続孔
26 接続孔
27 接続孔
28 接続孔
29 接続孔
31 層間絶縁膜
32 接続孔
33 n型半導体領域
34 p型半導体領域
35 接続孔
36 接続孔
37 接続孔
38 パッド層
40 窒化シリコン膜
41 下部電極
42 上部電極
43 接続孔
44 接続孔
45 接続孔
46 接続孔
50 接続孔
51 下部電極
52 接続孔
53 上部電極
54 接続孔
55 接続孔
57 接続孔
58 接続孔
61 下部電極
62 上部電極
63 接続孔
64 接続孔
65 接続孔
66 接続孔
67 タングステン(W)膜
AR 活性領域
C 容量素子
DL データ線
/DL データ線
L1 局所配線
L2 局所配線
Qd1 駆動用MISFET
Qd2 駆動用MISFET
Qn nチャネル型MISFET
Qp1 負荷用MISFET
Qp2 負荷用MISFET
Qt1 転送用MISFET
Qt2 転送用MISFET
WL ワード線
13
MISFET for driving Qd 2
Qn n-channel type MISFET
MISFET for Qp 1 load
MISFET for Qp 2 load
MISFET for Qt 1 transfer
MISFET for Qt 2 transfer
WL word line
Claims (3)
(a)半導体基板の主面上に堆積した第1層目の導電膜で前記駆動用MISFET、前記負荷用MISFETおよび前記転送用MISFETのそれぞれのゲート電極を形成する工程、
(b)前記半導体基板内に前記駆動用MISFET、前記負荷用MISFETおよび前記転送用MISFETのそれぞれのソース領域およびドレイン領域を構成する半導体領域を形成する工程、
(c)前記第1層目の導電膜の上部に堆積した第2層目の導電膜、前記第2層目の導電膜の上部に堆積した絶縁膜および前記絶縁膜の上部に堆積した第3層目の導電膜で容量素子の一対の電極と容量絶縁膜とを形成する工程、
(d)前記第3層目の導電膜の上部に堆積した第1層目のメタル膜をパターニングして一対のメタル配線を形成し、前記容量素子の一方の電極と前記メモリセルの一方の蓄積ノードとを前記一対のメタル配線の一方を介在して電気的に接続すると共に、前記容量素子の他方の電極と前記メモリセルの他方の蓄積ノードとを前記一対のメタル配線の他方を介在して電気的に接続する工程、
を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having an SRAM in which a memory cell is constituted by a flip-flop circuit including a pair of driving MISFETs and a pair of load MISFETs, and a pair of transfer MISFETs,
(A) forming respective gate electrodes of the driving MISFET, the load MISFET, and the transfer MISFET with a first conductive film deposited on a main surface of a semiconductor substrate;
(B) forming, in the semiconductor substrate, semiconductor regions constituting source regions and drain regions of the driving MISFET, the load MISFET, and the transfer MISFET;
(C) a second conductive film deposited on the first conductive film, an insulating film deposited on the second conductive film, and a third conductive film deposited on the insulating film. Forming a pair of electrodes of a capacitor and a capacitor insulating film with a conductive film as a layer,
(D) patterning the first-layer metal film deposited on the third-layer conductive film to form a pair of metal wirings, and storing one of the electrodes of the capacitor and one of the memory cells; A node is electrically connected through one of the pair of metal wires, and the other electrode of the capacitive element and the other storage node of the memory cell are connected through the other of the pair of metal wires. Electrical connection process,
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
(a)半導体基板の主面上に堆積した第1層目の導電膜で前記駆動用MISFET、前記負荷用MISFET、前記転送用MISFETおよび前記メモリセル選択用MISFETのそれぞれのゲート電極を形成する工程、
(b)前記第1層目の導電膜の上部に堆積した第2層目の導電膜、前記第2層目の導電膜の上部に堆積した絶縁膜および前記絶縁膜の上部に堆積した第3層目の導電膜で前記SRAMのメモリセルの上部に容量素子を形成すると共に、前記DRAMのメモリセル選択用MISFETの上部に前記情報蓄積用容量素子を形成する工程、
(c)前記第3層目の導電膜の上部に堆積した第1層目のメタル膜をパターニングして一対のメタル配線を形成し、前記SRAMの容量素子の一方の電極と前記SRAMのメモリセルの一方の蓄積ノードとを前記一対のメタル配線の一方を介在して電気的に接続すると共に、前記容量素子の他方の電極と前記メモリセルの他方の蓄積ノードとを前記一対のメタル配線の他方を介在して電気的に接続する工程、
を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 A flip-flop circuit composed of a pair of driving MISFETs and a pair of load MISFETs, an SRAM in which a memory cell is composed of a pair of transfer MISFETs, a memory cell selecting MISFET, and an information storage capacitive element formed thereon; A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a DRAM having a memory cell formed therewith,
(A) forming a gate electrode of each of the driving MISFET, the load MISFET, the transfer MISFET, and the memory cell selecting MISFET with a first conductive film deposited on a main surface of a semiconductor substrate; ,
(B) a second-layer conductive film deposited on the first-layer conductive film, an insulating film deposited on the second-layer conductive film, and a third conductive film deposited on the insulating film. Forming a capacitance element above the memory cell of the SRAM with the conductive film of the layer, and forming the information storage capacitance element above the memory cell selecting MISFET of the DRAM;
(C) patterning the first metal film deposited on the third conductive film to form a pair of metal wirings, and forming one electrode of the capacitor element of the SRAM and the memory cell of the SRAM; Is electrically connected to one of the pair of metal wirings via one of the pair of metal wirings, and the other of the pair of metal wirings is connected to the other electrode of the capacitive element and the other storage node of the memory cell. Electrically connecting via
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
(a)半導体基板の主面上に堆積した第1層目の導電膜で前記駆動用MISFET、前記負荷用MISFETおよび前記転送用MISFETのそれぞれのゲート電極を形成する工程、
(b)前記半導体基板内に、前記駆動用MISFET、前記負荷用MISFETおよび前記転送用MISFETのそれぞれのソース領域およびドレイン領域を形成する工程、
(c)前記第1層目の導電膜の上部に堆積した第2層目の導電膜、前記第2層目の導電膜の上部に堆積した絶縁膜および前記絶縁膜の上部に堆積した第3層目の導電膜で前記メモリセルの一対の蓄積ノード間に容量素子を形成する工程、
を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a memory cell including a pair of driving MISFETs, a pair of load MISFETs, and a pair of transfer MISFETs,
(A) forming respective gate electrodes of the driving MISFET, the load MISFET, and the transfer MISFET with a first conductive film deposited on a main surface of a semiconductor substrate;
(B) forming a source region and a drain region of each of the driving MISFET, the load MISFET, and the transfer MISFET in the semiconductor substrate;
(C) a second conductive film deposited on the first conductive film, an insulating film deposited on the second conductive film, and a third conductive film deposited on the insulating film. Forming a capacitive element between the pair of storage nodes of the memory cell with the conductive film of the layer,
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
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US7301796B1 (en) | 2004-06-08 | 2007-11-27 | Xilinx, Inc. | Memory cells utilizing metal-to-metal capacitors to reduce susceptibility to single event upsets |
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