JP6573792B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、多段に配置された回路セルを有する半導体装置に適用して有効な技術に関する。
特開2010−67799号公報(特許文献1)の図1には、論理回路を形成するための回路セルが開示されている。回路セルは、図中の横方向において、平行に延在する電源電位VDDを供給する配線4Vと、基準電位GNDを供給する配線4Gとを有しており、配線4Vおよび4Gの間には、複数のnチャネル型MISFETおよび複数のpチャネル型MISFETが配列されている。そして、図中の縦方向には、回路セルが多段に配置された構造となっている。なお、配線4Vおよび4Gに直交する方向における回路セルの幅は、回路セルの高さと呼ばれている。
特開2010−67799号公報
半導体装置の高機能化に伴い、半導体装置に組み込まれる論理回路の数が益々増加しており、論理回路を構成するための回路セルの段数が著しく増加する傾向にある。従って、半導体装置の小型化を実現するためには、回路セルの高さを低減する技術が求められている。
その他の課題と新規な特徴は、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。
一実施の形態によれば、半導体装置は、主面を有する半導体基板と、主面の第1方向に延在する第1導電型の第1半導体領域と、第1半導体領域に接続され、第1方向に延在するように、半導体基板上に配置された第1配線と、第1半導体領域内に形成され、第1方向と直交する第2方向において、第1配線の両側に配置された第1活性領域および第2活性領域と、を有する。さらに、半導体装置は、主面上に形成され、第1活性領域および第2活性領域と交差するように、第2方向に延在するゲート電極層と、第1導電型とは反対の導電型である第2導電型を有し、第1活性領域内であって、ゲート電極層の両側に形成された一対の第2半導体領域と、第2導電型を有し、第2活性領域内であって、ゲート電極層の両側に形成された一対の第3半導体領域と、を有する。そして、ゲート電極層は、第1活性領域との交差部に、第2導電型の第1ゲート電極、第2活性領域との交差部に、第2導電型の第2ゲート電極、および、第1ゲート電極と第2ゲート電極との間にノンドープ領域、を有する。
一実施の形態によれば、半導体装置の小型化を実現することができる。
実施の形態1に係る半導体装置の要部平面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 検討例である半導体装置の要部平面図である。 実施の形態1の効果を説明する要部平面図である。 変形例1に係る半導体装置の要部平面図である。 変形例2に係る半導体装置の要部平面図である。 実施の形態2に係るSRAMのメモリセルを示す等価回路図である。 実施の形態2に係るSRAMの複数のメモリセルを示す平面レイアウト図である。 図28のE−E線に沿う断面図である。 図28のF−F線に沿う断面図である。 SRAMのメモリセルを構成するMISFETの断面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
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、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
(実施の形態1)
本実施の形態の半導体装置は、入出力回路と内部回路とを有し、半導体装置の外部から入力された信号は、入出力回路を介して内部回路で処理され、入出力回路を介して外部へ出力される。内部回路は、例えば、CPU等の論理回路を有しており、論理回路は、回路セルにより構成されている。入出力回路の動作電圧は、例えば、3.3Vであるが、半導体装置の低消費電力化のため、内部回路の動作電圧は、例えば、0.4Vとなっている。
また、内部回路は、薄膜n型MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)および薄膜p型MISFETを用いて構成され、入出力回路は、バルクn型MISFETおよびバルクp型MISFETを用いて構成されている。薄膜MISFETは、FD−SOI(Fully-Depleted Silicon on Insulator:完全空乏型SOI)と呼ばれる構造であり、より具体的には、SOTB(Silicon on thin buried oxide)と呼ばれる構造であり、低電圧動作を可能としている。
薄膜MISFETは、シリコンからなる半導体基板の表面に、埋め込み絶縁層を介して選択的に形成された半導体層に形成されている。一方、バルクMISFETは、半導体基板の表面に形成されている。
<半導体装置の構造>
図1は、実施の形態1に係る半導体装置の要部平面図である。図2および図3は、実施の形態1に係る半導体装置の要部断面図である。図1は、回路セルの一部を示す平面図であり、X方向に延在する回路セルは、Y方向に2段配置されている。図2は、薄膜n型MISFETQn1(図1のA−A断面)の断面図、p型タップPTAP(図1のB−B断面)の断面図、p型ウエル給電PWCNT(図1のC−C断面)の断面図、および、バルクp型MISFETQpbの断面図である。図3は、図1のD−D断面であり、薄膜p型MISFETQp1、薄膜n型MISFETQn1、p型タップPTAP、薄膜n型MISFETQn2、および、薄膜p型MISFETQp2の断面図である。
図1の上側に位置する第1回路セルは、X方向に延在する電源電位配線VDDおよび基準電位配線VSSを有し、電源電位配線VDDと基準電位配線VSSとの間に、PMOS形成領域PMOS1およびNMOS形成領域NMOS1を有する。PMOS形成領域PMOS1には、複数の薄膜p型MISFETQp1が、NMOS形成領域NMOS1には、複数の薄膜n型MISFETQn1が、それぞれ、X方向に沿って配置されている。ここで、X方向とY方向は、互いに直交する方向である。
薄膜p型MISFETQp1は、矩形状の活性領域ACTP1内に形成され、Y方向に延在するゲート電極GP1と、X方向においてゲート電極GP1の両端に形成されたソース領域およびドレイン領域とを有する。ソース領域およびドレイン領域は、プラグ電極PGを介して、図示しない金属配線に接続されている。活性領域ACTP1の下には、n型ウエル層NWが配置されている。
薄膜n型MISFETQn1も同様に、矩形状の活性領域ACTN1内に形成され、Y方向に延在するゲート電極GN1と、X方向においてゲート電極GN1の両端に形成されたソース領域およびドレイン領域とを有する。ソース領域およびドレイン領域は、プラグ電極PGを介して、図示しない金属配線に接続されている。活性領域ACTN1の下には、p型ウエル層PWが配置されている。
ゲート電極GP1およびGN1は、Y方向に延在するゲート電極層GLで一体形成されており、活性領域ACTP1およびACTN1の間の領域で、プラグ電極PGを介して金属配線MWに接続されている。
電源電位配線VDDおよび基準電位配線VSSならびに金属配線MWは、アルミニウムを主成分とするアルミニウム配線、または、銅を主成分とする銅配線からなる。図1に示すように、電源電位配線VDDの下には、n型タップNTAPおよびn型ウエル給電NWCNTが配置されている。n型タップNTAPの活性領域ACTNTおよびn型ウエル給電NWCNTの活性領域ACTNWには、n型半導体領域が形成されており、n型半導体領域は、n型ウエル層NW内に形成され、n型ウエル層NWに接触している。つまり、n型ウエル層NWは、n型半導体領域およびプラグ電極PGを介して電源電位配線VDDに接続されており、n型ウエル層NWには、電源電位配線VDDから電源電位が供給されている。
また、基準電位配線VSSの場合も同様に、その下には、p型タップPTAPおよびp型ウエル給電PWCNTが配置されている。p型タップPTAPの活性領域ACTPTおよびp型ウエル給電PWCNTの活性領域ACTPWには、p型半導体領域が形成されており、p型半導体領域は、p型ウエル層PW内に形成され、p型ウエル層PWに接触している。つまり、p型ウエル層PWは、p型半導体領域およびプラグ電極PGを介して基準電位配線VSSに接続されており、p型ウエル層PWには、基準電位配線VSSから基準電位が供給されている。
n型ウエル給電NWCNTおよびp型ウエル給電PWCNTは、Y方向において、活性領域ACTP1またはACTN1と重ならない領域に配置されている。言い換えると、n型ウエル給電NWCNTは、2つの活性領域ACTP1間に配置されている。また、p型ウエル給電PWCNTは、2つの活性領域ACTN1間に配置されている。
X方向に延在する回路セルは、Y方向に多段に配置されているが、図1に示すように、上記の第1回路セルに隣接する第2回路セルは、基準電位配線VSSに対して第1回路セルを線対称配置したものである。つまり、第1回路セルのNMOS形成領域NMOS1と第2回路セルのNMOS形成領域NMOS2とを、単一のp型ウエル層PW内に配置できるため、Y方向の回路セルの高さ(幅)を低減することができる。同様にして、電源電位配線VDDに対して第2回路セルを線対称配置すれば、第3回路セルを形成でき、同様の操作を繰り返せば、第n回路セルを形成できる。
第1回路セルと同様に、第2回路セルは、PMOS形成領域PMOS2およびNMOS形成領域NMOS2を有し、PMOS形成領域PMOS2には、複数の薄膜p型MISFETQp2が、NMOS形成領域NMOS2には、複数の薄膜n型MISFETQn2が、それぞれ、X方向に沿って配置されている。薄膜p型MISFETQp2は、矩形状の活性領域ACTP2内に形成され、Y方向に延在するゲート電極GP2と、その両端に形成されたソース領域およびドレイン領域とを有する。薄膜n型MISFETQn2も同様に、矩形状の活性領域ACTN2内に形成され、Y方向に延在するゲート電極GN2と、その両端に形成されたソース領域およびドレイン領域とを有する。その他は、第1回路セルにおいて説明したものと同様である。
第2回路セルの薄膜n型MISFETQn2および活性領域ACTN2は、第1回路セルの薄膜n型MISFETQn1および活性領域ACTN1が形成されたp型ウエル層PW内に形成されている。つまり、第1回路セルの薄膜n型MISFETQn1および活性領域ACTN1、ならびに、第2回路セルの薄膜n型MISFETQn2および活性領域ACTN2は、単一のp型ウエル層PW内に形成されている。そして、Y方向において、活性領域ACTN1およびACTN2の間には、基準電位配線VSSがX方向に延在し、基準電位配線VSSから上記単一のp型ウエル層PWに基準電位が給電される。第1回路セルと第2回路セルで、基準電位配線VSSは共用されている。
本実施の形態1の特徴は、第1回路セルの薄膜n型MISFETQn1のゲート電極GN1と第2回路セルの薄膜n型MISFETQn2のゲート電極GN2とが、ゲート電極層GLで一体形成されている点である。言い換えると、薄膜n型MISFETQn1のゲート電極GN1と薄膜n型MISFETQn2のゲート電極GN2とが一体構造となっている。ただし、ゲート電極層GLは、ゲート電極GN1とゲート電極GN2との間に、ノンドープ領域GI有しており、ゲート電極GN1およびGN2は、このノンドープ領域GIによって電気的には絶縁(分離)されている。ゲート電極層GLは、第1回路セルの薄膜n型MISFETQn1と第2回路セルの薄膜n型MISFETQn2の間において、X方向に延在する基準電位配線VSSと交差してY方向に延在しており、ノンドープ領域GIは、基準電位配線VSSと重なる位置に配置されている。
また、第1回路セルの薄膜p型MISFETQp1のゲート電極GP1および薄膜n型MISFETQn1のゲート電極GN1、ならびに、第2回路セルの薄膜p型MISFETQp2のゲート電極GP2および薄膜n型MISFETQn2のゲート電極GN2は、ゲート電極層GLで一体形成されている。ただし、薄膜n型MISFETQn1のゲート電極GN1と薄膜n型MISFETQn2のゲート電極GN2間は、上記のように電気的に絶縁(分離)されている。
次に、図2を用いて、第1回路セルを構成する薄膜n型MISFETQn1の構造を説明する。第2回路セルを構成する薄膜n型MISFETQn2も同様の構造である。
薄膜n型MISFETQn1は、例えば、シリコンからなるp型の半導体基板1上に埋め込み絶縁膜BOXを介して形成された半導体層SMに形成されている。また、薄膜n型MISFETQn1は、半導体層SMの表面の活性領域ACTN1の内部に形成されており、活性領域ACTN1は、素子分離膜STIで囲まれている。素子分離膜STIは、活性領域ACTN1を規定している。埋め込み絶縁膜BOXは、例えば、10nm程度の膜厚を有する酸化シリコン膜からなり、半導体層SMを半導体基板1から絶縁分離している。半導体層SMは、例えば、10〜15nm程度の膜厚を有するシリコン膜によって形成されている。図2において、半導体層SMのうち、ゲート電極GN1の下部に位置する領域は薄膜n型MISFETQn1のチャネル領域を構成しており、不純物が導入されていない。半導体層SMのうち、NMおよびNHで示した領域にはn型の不純物が導入されている。
半導体層SM上には、ゲート絶縁膜2を介して、n型のゲート電極GN1が形成されている。ゲート絶縁膜2は、酸化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、または、high−k膜と呼ばれる高誘電率膜、等で構成され、ゲート電極GN1は、n型不純物が導入された多結晶シリコン膜(ポリシリコン膜)からなる。
薄膜n型MISFETQn1のチャネル長方向(図2の横方向)に、ゲート電極GN1は、対向する側壁を有しており、側壁上には、窒化シリコン膜からなるオフセットスペーサOS1が形成され、ゲート電極GN1の側壁全体を覆っている。そして、オフセットスペーサOS1上には、酸化シリコン膜からなる絶縁膜5および窒化シリコン膜からなる側壁絶縁膜SW3が形成されている。絶縁膜5および側壁絶縁膜SW3は、オフセットスペーサOS1を介してゲート電極GN1の側壁全体を覆っている。
チャネル長方向において、ゲート電極GN1を挟むように、ゲート電極GN1の両側に、それぞれ、n型低濃度半導体領域NMおよびn型高濃度半導体領域NHが形成されており、n型低濃度半導体領域NMおよびn型高濃度半導体領域NHは、薄膜n型MISFETQn1のソース領域またはドレイン領域となっている。つまり、n型低濃度半導体領域NMおよびn型高濃度半導体領域NHが、前述のn型半導体領域に相当している。n型高濃度半導体領域NHのn型不純物濃度は、n型低濃度半導体領域NMのn型不純物濃度よりも高濃度であり、n型高濃度半導体領域NHは、n型低濃度半導体領域NMよりもゲート電極GN1から離れて配置されている。n型低濃度半導体領域NMおよびn型高濃度半導体領域NHは、埋め込み絶縁膜BOXに接している。なお、n型高濃度半導体領域NHは、半導体層SMと、半導体層SM上にシリコンを選択成長させたエピ層EPとに跨って形成されているので、n型高濃度半導体領域NHの上面(シリサイド層SILとの界面)は、半導体層SMの上面(ゲート絶縁膜2との界面)よりも高くなっている。
ゲート電極GN1およびn型高濃度半導体領域NHの表面(上面)にはシリサイド層SILが形成され、薄膜n型MISFETQn1のソース領域、ドレイン領域およびゲート電極GN1の低抵抗化が図られている。薄膜n型MISFETQn1のソース領域およびドレイン領域は、導電体であるプラグ電極PGを介して導電体である金属配線MWに接続されている。プラグ電極PGは、薄膜n型MISFETQn1を覆う層間絶縁膜IL内に設けられている。
図1にも示すように、薄膜n型MISFETQn1は、半導体基板1の表面に形成されたp型ウエル層PW内に形成されている。つまり、薄膜n型MISFETQn1が形成される活性領域ACTN1の下には、活性領域ACTN1の全域にわたってp型ウエル層PWが形成されている。
薄膜p型MISFETQp1は、薄膜n型MISFETQn1と同様の構造となっているが、ゲート電極、半導体層、低濃度半導体領域、高濃度半導体領域、および、ウエル層の導電型が反対となる。
次に、p型タップPTAPは、半導体基板1の表面の活性領域ACTPT内に形成されている。p型タップPTAPおよび活性領域ACTPTは、薄膜n型MISFETQn1と同一のp型ウエル層PW内に形成されている。p型ウエル層PWの表面には、ゲート絶縁膜2を介して、ノンドープ領域GIが形成されており、ノンドープ領域GIの上面は、窒化シリコン膜からなるキャップ絶縁膜4で覆われている。ノンドープ領域GIの側壁上には、薄膜n型MISFETQn1と同様の、オフセットスペーサOS1、絶縁膜5、および、側壁絶縁膜SW3が順に形成されている。ノンドープ領域GIを挟むように、ノンドープ領域GIの両端の半導体基板1(p型ウエル領域PW)の表面には、p型高濃度半導体領域PHが形成されている。p型高濃度半導体領域PHの表面には、シリサイド層SILが形成され、シリサイド層SILは、プラグ電極PGを介して、基準電位配線VSSに接続されている。つまり、p型タップPTAPでは、基準電位配線VSSに印加される基準電位が、プラグ電極PG、シリサイド層SIL、および、p型高濃度半導体領域PHを介してp型ウエル層PWに印加されている。
なお、ノンドープ領域GIの上面はキャップ絶縁膜4で覆われているため、シリサイド層SILは形成されていない。また、ノンドープ領域GIには、p型またはn型の不純物はイオン注入(導入)されておらず、アモルファスシリコン膜となっている。
次に、p型ウエル給電PWCNTは、半導体基板1の表面の活性領域ACTPW内に形成されている。p型ウエル給電PWCNTは、p型ウエル層PW内に形成されており、活性領域ACTPW内には、p型高濃度半導体領域PHが形成されている。さらに、p型高濃度半導体領域PHの上面には、シリサイド層SILが形成され、シリサイド層SILは、プラグ電極PGを介して、基準電位配線VSSに接続されている。つまり、p型ウエル給電PWCNTでは、基準電位配線VSSに印加される基準電位が、プラグ電極PG、シリサイド層SIL、および、p型高濃度半導体領域PHを介してp型ウエル層PWに印加されている。p型ウエル給電PWCNTおよび活性領域ACTPWは、薄膜n型MISFETQn1と同一のp型ウエル層PW内に形成されている。
次に、バルクp型MISFETQpbの構造を説明する。バルクp型MISFETQpbは、半導体層SMの表面の活性領域ACTPBの内部に形成されており、活性領域ACTPBは、n型ウエル層NW内に形成され、素子分離膜STIで囲まれている。素子分離膜STIは、活性領域ACTPBを規定している。
半導体基板1(n型ウエル層NW)上には、ゲート絶縁膜2を介して、p型のゲート電極GPBが形成されている。ゲート絶縁膜2は、酸化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、または、high−k膜と呼ばれる高誘電率膜、等で構成されるが、薄膜n型MISFETQn1のゲート絶縁膜2とは、異なる膜厚、異なる材料を用いて形成しても良い。例えば、薄膜n型MISFETQn1のゲート絶縁膜2よりも、酸化膜換算の膜厚が厚くなるように、バルクp型MISFETQpbのゲート絶縁膜2を形成することも出来る。ゲート電極GPBは、多結晶シリコン膜(ポリシリコン膜)からなり、p型不純物が導入されている。
バルクp型MISFETQpbのチャネル長方向(図2の横方向)に、ゲート電極GPBは、対向する側壁を有しており、側壁上には、オフセットスペーサOS1、絶縁膜5および側壁絶縁膜SW3が形成されている。
チャネル長方向において、ゲート電極GPBを挟むように、ゲート電極GPBの両側に、それぞれ、p型低濃度半導体領域PMおよびp型高濃度半導体領域PHが形成されており、p型低濃度半導体領域PMおよびp型高濃度半導体領域PHは、バルクp型MISFETQpbのソース領域またはドレイン領域となっている。p型低濃度半導体領域PMおよびp型高濃度半導体領域PHが、前述のp型半導体領域に相当している。p型高濃度半導体領域PHのp型不純物濃度は、p型低濃度半導体領域PMのp型不純物濃度よりも高濃度であり、p型高濃度半導体領域PHは、p型低濃度半導体領域PMよりもゲート電極GPBから離れて配置されている。
ゲート電極GPBおよびp型高濃度半導体領域PHの表面(上面)にはシリサイ層SILが形成され、バルクp型MISFETQpbのソース領域、ドレイン領域およびゲート電極GPBの低抵抗化が図られている。バルクp型MISFETQpbのソース領域およびドレイン領域は、導電体であるプラグ電極PGを介して導電体である金属配線MWに接続されている。プラグ電極PGは、バルクp型MISFETQpbを覆う層間絶縁膜IL内に設けられている。
なお、バルクn型MISFETは、バルクp型MISFETQpbと同様の構造をしているので、上記バルクp型MISFETQpbの説明において、p型をn型に置き換えることで、バルクn型MISFETの構造説明となる。
図3は、図1のD−D断面であり、薄膜p型MISFETQp1、薄膜n型MISFETQn1、薄膜n型MISFETQn2、および、薄膜p型MISFETQp2、のチャネル幅方向(チャネル長方向に直交する方向)の断面構造を示している。
図3の横方向には、活性領域ACTP1、ACTN1、ACTPT、ACTN2、及びACTP2が順に配置されており、それぞれの活性領域は、素子分離膜STIで挟まれている。活性領域ACTP1、ACTN1、ACTPT、ACTN2、及びACTP2、ならびに素子分離膜STI上には、ゲート電極層GLが連続して延在している。そして、ゲート電極層GLには、薄膜p型MISFETQp1のゲート電極GP1、薄膜n型MISFETQn1のゲート電極GN1、p型タップPTAPのノンドープ領域GI、薄膜n型MISFETQn2のゲート電極GN2、および、薄膜p型MISFETQp2のゲート電極GP2が形成されている。つまり、薄膜p型MISFETQp1のゲート電極GP1、薄膜n型MISFETQn1のゲート電極GN1、p型タップPTAPのノンドープ領域GI、薄膜n型MISFETQn2のゲート電極GN2、および、薄膜p型MISFETQp2のゲート電極GP2は、ゲート電極層GLで一体形成され、一体構造(物理的に繋がった構造)となっている。
p型のゲート電極GP1は、活性領域ACTP1およびその両側の素子分離膜STIの上に延在し、n型のゲート電極GN1は、活性領域ACTN1およびその両側の素子分離膜STIの上に延在し、ゲート電極GP1およびゲート電極GN1は、隣接して接続されて(接触して)いる。ゲート電極GP1およびゲート電極GN1の上面には、連続的にシリサイド層SILが形成されており、シリサイド層SILは、プラグ電極PGを介して金属配線MWに接続されている。ゲート電極GP1は、p型不純物が導入されたp型半導体(p型多結晶シリコン層)であり、ゲート電極GN1は、n型不純物が導入されたn型半導体層(n型多結晶シリコン層)であるが、両者は、シリサイド層SILにより電気的に短絡している。
また、n型のゲート電極GN2は、活性領域ACTN2およびその両側の素子分離膜STIの上に延在し、p型のゲート電極GP2は、活性領域ACTP2およびその両側の素子分離膜STIの上に延在し、ゲート電極GN2およびゲート電極GP2は、隣接して接続されて(接触して)いる。ゲート電極GN2は、n型不純物が導入されたn型半導体層(n型多結晶シリコン層)であり、ゲート電極GP2は、p型不純物が導入されたp型半導体層(p型多結晶シリコン層)であるが、両者の上面には、連続的にシリサイド層SILが形成されており、シリサイド層SILは、プラグ電極PGを介して金属配線MWに接続されている。上記と同様に、ゲート電極GN2およびゲート電極GP2も電気的に短絡している。
また、ノンドープ領域GIは、活性領域ACTPTおよびその両側の素子分離膜STIの上に延在し、ゲート電極GN1およびゲート電極GN2と物理的に接続されて(接触して)いる。しかしながら、ノンドープ領域GIは、p型不純物またはn型不純物を含有しない真性半導体であり、ノンドープ領域GIは、アモルファスシリコン膜からなる。さらに、ノンドープ領域GIの上面は、キャップ絶縁膜4で覆われており、シリサイド層SILは形成されていない。よって、n型のゲート電極GN1とn型のゲート電極GN2とは、ノンドープ領域GIで電気的に絶縁されており、ゲート電極GN1およびGN2間のリーク電流は、ノンドープ領域GIにより防止することができる。因みに、アモルファスシリコン膜からなるノンドープ領域GIのシート抵抗は、1,000KΩ/□以上であり、n型の多結晶シリコン膜からなるゲート電極GN1およびGN2のシート抵抗は、130Ω/□、p型の多結晶シリコン膜からなるゲート電極GP1およびGP2のシート抵抗は、330Ω/□である。ノンドープ領域GIのシート抵抗は、ゲート電極GN1およびGP1のシート抵抗の1000倍以上であり、ゲート電極GN1およびGN2間のリーク電流を防止、低減するのに十分な高抵抗であり、ゲート電極GN1およびGN2間が電気的に絶縁されていると言える。
<半導体装置の製造方法>
図4から図22は、実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。図4〜図8、図10、図11、図13、図15、図17、図19、および図21は、図2に対応する半導体装置の製造工程中の要部断面図を、図9、図12、図14、図16、図18、図20、および図22は、図3に対応する半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図23は、検討例である半導体装置の要部平面図であり、図24は、実施の形態1の効果を説明する要部平面図である。
半導体装置の製造方法は、図4に示すように、半導体基板1を準備する工程を有する。p型の半導体基板1の表面には、p型ウエル層PW、n型ウエル層NW、および、素子分離膜STIが形成されている。そして、半導体基板1は、素子分離膜STIによって規定された活性領域ACTN1、ACTPT、ACTPWおよびACTPBを有し、活性領域ACTN1には、半導体基板1の主面上に埋め込み絶縁膜BOXを介して半導体層SMが選択的に形成されている。すなわち、活性領域ACTPT、ACTPWおよびACTPBの埋め込み絶縁膜BOXと半導体層SMは、選択的に除去されている。さらに、活性領域ACTN1、ACTPT、ACTPWは、単一のp型ウエル層PW内に形成されており、活性領域ACTPBは、n型ウエル層NW内に形成されている。
素子分離膜STIは、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の積層構造等の絶縁膜で構成されている。p型ウエル層PWまたはn型ウエル層NWは、半導体基板1内にp型不純物が注入された半導体領域またはn型不純物が注入された半導体領域である。
次に、図5に示すように、ゲート絶縁膜2およびシリコン膜3の形成工程を実施する。活性領域ACTN1、ACTPT、ACTPWおよびACTPBにおいて、半導体層SMおよび半導体基板1の主面に、ゲート絶縁膜2を形成する。ゲート絶縁膜2は、酸化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、または、high−k膜と呼ばれる高誘電率膜からなる。活性領域ACTN1、ACTPT、ACTPWおよびACTPBにおいて、異なる膜厚、異なる膜質としても良い。次に、半導体基板1上にシリコン膜3を形成する。つまり、ゲート絶縁膜2上および素子分離膜STI上に、シリコン膜3を、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等により堆積させる。堆積されたシリコン膜3には、不純物は含まれておらず、アモルファスシリコン膜からなる真性半導体であり、その抵抗は、1,000KΩ/□以上である。
次に、図5に示すように、シリコン膜3に不純物を導入する工程を実施する。まず、p型タップPTAP、p型ウエル給電PWCNT、および、バルクp型MISFETQpbの形成領域を覆い、薄膜n型MISFETQn1の形成領域を露出するフォトレジスト層PR1を形成し、フォトレジスト層PR1をマスクとしてイオン注入工程を実施する。そして、薄膜n型MISFETQn1の形成領域のシリコン膜3に、リン(P)などのn型不純物を導入し、n型半導体とする。次に、フォトレジスト層PR1を除去した後、薄膜n型MISFETQn1、p型タップPTAP、および、p型ウエル給電PWCNTの形成領域を覆い、バルクp型MISFETQpbの形成領域を露出するフォトレジスト膜PR2をマスクとして、バルクp型MISFETQpb形成領域のシリコン膜3にホウ素(B)等のp型不純物を導入し、p型半導体とする。その後、フォトレジスト層PR2を除去する。
次に、図6に示すように、キャップ絶縁膜4の形成工程を実施する。シリコン膜3上に、例えば、低圧CVD法により窒化シリコン膜からなるキャップ絶縁膜4を堆積させる。
次に、図7に示すように、ゲートパターニング工程を実施する。フォトレジスト膜(図示せず)をマスクとして、シリコン膜3およびキャップ絶縁膜4の積層膜に、ドライエッチングを施すことにより、薄膜n型MISFETQn1の形成領域にゲート電極GN1を、p型タップPTAPの形成領域にノンドープ領域GIを、そして、バルクp型MISFETQpbの形成領域に、ゲート電極GPBを形成する。キャップ絶縁膜4は、シリコン膜3をドライエッチングで加工する際のハードマスクとして用いており、ゲート電極GN1およびGPB、ならびに、ノンドープ領域GIの加工精度を向上することができる。具体的には、ゲート電極GN1およびGPB、ならびに、ノンドープ領域GIの肩部の丸まり、細線化等を防止することができる。また、後述するように、キャップ絶縁膜4は、ノンドープ領域GIに、不純物がイオン注入されるのを阻止する役割、および、ノンドープ領域GIの上面にシリサイド層が形成されるのを防止する役割がある。そのため、ゲートパターニング工程後に、ゲート電極GN1、ノンドープ領域GI、および、ゲート電極GPBの上には、充分な膜厚のキャップ絶縁膜4が残っていることが肝要である。
図7では、ゲート電極GN1、ノンドープ領域GI、および、ゲート電極GPBの下にのみゲート絶縁膜2が残る例を示しているが、半導体基板1上および半導体層SM上にもゲート絶縁膜2を残しても良い。
次に、図7に示すように、オフセットスペーサOS1の形成工程を実施する。ゲートパターニング工程の後、半導体基板1上に窒化シリコン膜を堆積させ、この窒化シリコン膜に異方性ドライエッチングを施すことにより、ゲート電極GN1、ノンドープ領域GI、および、ゲート電極GPB、の側壁上に、窒化シリコン膜からなるオフセットスペーサOS1を選択的に形成する。
さらに、図7に示すように、p型低濃度半導体領域PMの形成工程を実施する。バルクp型MISFETQpb形成領域を露出し、それ以外の領域を覆うフォトレジスト層(図示せず)をマスクとして、ホウ素等のp型不純物をイオン注入することにより、ゲート電極GPBの両側の半導体基板1の主面にp型低濃度半導体領域PMを形成する。イオン注入は、ゲート電極GPBおよびオフセットスペーサOS1に対して、自己整合的に実施されるため、ゲート電極GPBに対するp型低濃度半導体領域PMの重なり幅を低減することができる。また、ゲート電極GPBは、キャップ絶縁膜4で覆われているため、ゲート電極GPB中には、p型不純物は導入されない。
次に、図8に示すように、側壁絶縁膜SW1の形成工程を実施する。先ず、半導体基板1上に、酸化シリコン膜からなる絶縁膜5および窒化シリコン膜からなる絶縁膜6を、低圧CVD法またはプラズマCVD法により堆積させる。次に、薄膜n型MISFETQn1の形成領域を露出し、p型タップPTAP、p型ウエル給電PWCNT、および、バルクp型MISFETQpbの形成領域を覆うフォトレジスト層PR3をマスクとして、異方性ドライエッチングを実施することにより、ゲート電極GN1の側壁上に、オフセットスペーサOS1を介して、絶縁膜5および6の積層構造からなる側壁絶縁膜SW1を選択的に形成する。つまり、図8に示すように、ゲート電極GN1上、素子分離膜STI上、および、ゲート電極GN1および側壁絶縁膜SW1から露出した半導体層SM上、の絶縁膜5および6は、除去される。
図9は、側壁絶縁膜SW1の形成工程におけるゲート電極層GLの延在方向の断面図を示している。フォトレジスト層PR3は、p型タップPTAPの形成領域を覆っているので、この領域の絶縁膜5および6は残存するが、ゲート電極GP1、GN1、GN2およびGP2上の絶縁膜5および6は除去されて、キャップ絶縁膜4が露出する。そして、属壁絶縁膜SW1を形成した後、フォトレジスト層PR3を除去する。
次に、図10に示すように、エピ層EPの形成工程を実施する。薄膜n型MISFETQn1の形成領域において、ゲート電極GN1、オフセットスペーサOS1および側壁絶縁膜SW1から露出した半導体層SMの表面に、シリコンをエピタキシャル成長させエピ層EPを形成する。エピタキシャル成長工程において、p型タップPTAP、p型ウエル給電PWCNT、および、バルクp型MISFETQpbの形成領域は、絶縁膜6で覆われているため、エピ層EPは形成されない。次に、エピ層EPの上面に、熱酸化法を用いて、酸化シリコン膜からなる絶縁膜7を形成する。この絶縁膜7は、後述の、絶縁膜6を除去する際にエピ層EPの上面を保護するためのエッチングストッパとして機能する。
次に、図11に示すように、側壁絶縁膜SW2の形成工程を実施する。まず、半導体基板1上に、薄膜n型MISFETQn1、p型タップPTAP、および、p型ウエル給電PWCNTの形成領域を覆い、バルクp型MISFETQpbの形成領域を露出するフォトレジスト層PR4を形成する。そして、フォトレジスト層PR4をマスクとして、半導体基板1に異方性ドライエッチングを施すことで、ゲート電極GPBの側壁上に、オフセットスペーサOS1を介して、絶縁膜5および6の積層構造からなる側壁絶縁膜SW2を選択的に形成する。つまり、図11に示すように、ゲート電極GPB上、素子分離膜STI上、および、ゲート電極GPBおよび側壁絶縁膜SW2から露出した半導体基板1上、の絶縁膜5および6は、除去される。
図12は、側壁絶縁膜SW2の形成工程におけるゲート電極層GLの延在方向の断面図を示している。フォトレジスト層PR4は、薄膜n型MISFETQn1およびQn2、薄膜p型MISFETQp1およびQp2、ならびに、p型タップPTAPの形成領域を覆っているので、p型タップPTAPの形成領域の絶縁膜5および6は、除去されずに残る。側壁絶縁膜SW2を形成した後に、フォトレジスト層PR4を除去する。
次に、絶縁膜6の除去工程を実施する。絶縁膜6は、窒化シリコン膜で構成されているため、例えば、酸化シリコン膜に対してエッチング選択比が確保できる条件でウェットエッチングを実施する。つまり、窒化シリコン膜をエッチング除去する際に、酸化シリコン膜がエッチングストッパとして機能する条件でウェットエッチングを実施するものである。図11に示されていた、ゲート電極GN1およびGPB上のキャップ4、側壁絶縁膜SW1およびSW2を構成する絶縁膜6、および、p型タップPTAP、および、p型ウエル給電PWCNTの形成領域の絶縁膜6が除去される。そして、図13に示すように、ゲート電極GN1およびGPBの上面が露出する。また、側壁絶縁膜SW1およびSW2を構成する、酸化シリコン膜からなる絶縁膜5が露出する。さらに、p型ウエル給電PWCNTの形成領域の、酸化シリコン膜からなる絶縁膜5が露出する。
図14は、絶縁膜6の除去工程におけるゲート電極層GLの延在方向の断面図を示している。図12に示されていた、ゲート電極GP1、GN1、GN2、および、GP2上のキャップ絶縁膜4、ならびに、側壁絶縁膜SW1を構成する絶縁膜6が除去される。p型タップPTAPの形成領域では、絶縁膜6は除去されるが、絶縁膜5、および、絶縁膜5で覆われたキャップ絶縁膜4、が残る。
次に、図15に示すように、n型低濃度半導体領域NMの形成工程を実施する。まず、p型タップPTAP、p型ウエル給電PWCNT、および、バルクp型MISFETQpbの形成領域を覆い、薄膜n型MISFETQn1の形成領域を露出するフォトレジスト層PR5を形成し、フォトレジスト層PR5をマスクとしてイオン注入工程を実施する。イオン注入工程では、リン(P)またはヒ素(As)等のn型不純物をイオン注入し、エピ層EPの表面、および、ゲート電極GN1とエピ層EPの間の半導体層SMの表面に、薄膜n型MISFETQn1のn型低濃度半導体領域NMを形成する。この時、ゲート電極GN1にも、n型不純物が導入される。
図16は、n型低濃度半導体領域NMの形成工程におけるゲート電極層GLの延在方向の断面図を示している。フォトレジスト層PR5は、薄膜n型MISFETQn1およびQn2の形成領域を露出しているので、ゲート電極GN1およびGN2にn型不純物がイオン注入される。一方、薄膜p型MISFETQp1およびQp2の形成領域、および、p型タップPTAPの形成領域は、フォトレジスト層PR5で覆われているので、ゲート電極GP1およびGP2、ならびに、ノンドープ領域GIには、n型不純物はイオン注入されない。
同様に、薄膜p型MISFETQp1およびQp2のp型低濃度半導体領域を形成する際には、薄膜p型MISFETQp1およびQp2の形成領域、および、p型タップPTAPの形成領域を露出し、薄膜n型MISFETQn1およびQn2の形成領域を覆うフォトレジスト層(図示せず)を、p型不純物(例えば、ホウ素(B))のイオン注入マスクとして用いる。従って、p型不純物は、ゲート電極GP1およびGP2に注入され、フォトレジスト層で覆われたゲート電極GN1およびGN2には、注入されない。ノンドープ領域GIは、フォトレジスト層で覆われていないが、キャップ絶縁膜4で覆われているため、p型不純物は注入されない。なお、p型不純物およびn型不純物のイオン注入後には、注入された不純物を活性化する為に、半導体基板1に熱処理が施される。
次に、図17に示すように、側壁絶縁膜SW3の形成工程を実施する。まず、半導体基板1上に、窒化シリコン膜からなる絶縁膜を、低圧CVD法またはプラズマCVD法で堆積し、次に、異方性ドライエッチングを実施することにより、側壁絶縁膜SW3を形成する。側壁絶縁膜SW3は、ゲート電極GN1およびGPB、ならびに、ノンドープ領域GIの側壁上に、オフセットスペーサOS1および絶縁膜5を介して形成される。異方性ドライエッチングを実施した後、ゲート電極GN1およびGPB、ならびに、ノンドープ領域GIの上には、窒化シリコン膜からなる絶縁膜は残っていない。言い換えると、ゲート電極GN1およびGPBの上面は露出しており、ノンドープ領域GIの上には絶縁膜5が露出している。ノンドープ領域GI上に位置する窒化シリコン膜からなるキャップ絶縁膜4は、酸化シリコン膜からなる絶縁膜5で覆われている。従って、側壁絶縁膜SW3を形成する際の異方性ドライエッチングで、オーバーエッチングをしても、酸化シリコン膜からなる絶縁膜5がエッチングストッパとして機能するため、窒化シリコン膜からなるキャップ絶縁膜4がエッチングされて、薄膜化すること、または、消失することを防止できる。
図18は、側壁絶縁膜SW3の形成工程におけるゲート電極層GLの延在方向の断面図を示している。ゲート電極層GLの延在方向の端部に、オフセットスペーサOS1および絶縁膜5を介して側壁絶縁膜SW3が形成される。ゲート電極GP1、GN1、GN2、および、GP2は露出しており、ノンドープ領域GIは、絶縁膜4および5で覆われている。
次に、図19に示すようにn型高濃度半導体領域NHの形成工程を実施する。まず、p型タップPTAP、p型ウエル給電PWCNT、および、バルクp型MISFETQpbの形成領域を覆い、薄膜n型MISFETQn1の形成領域を露出するフォトレジスト層PR6を形成し、フォトレジスト層PR6をマスクとしてイオン注入工程を実施する。イオン注入工程では、リン(P)またはヒ素(As)等のn型不純物をイオン注入し、エピ層EP、および、半導体層SMにn型高濃度半導体領域NHを形成する。この時、ゲート電極GN1にも、n型不純物が導入される。フォトレジスト層PR6で覆われているゲート電極GPBおよびノンドープ領域GIには、n型不純物は導入されない。イオン注入工程が終了したら、フォトレジスト層PR6を除去する。
次に、図19に示すようにp型高濃度半導体領域PHの形成工程を実施する。p型タップPTAP、p型ウエル給電PWCNT、および、バルクp型MISFETQpbの形成領域を露出し、薄膜n型MISFETQn1の形成領域を覆うフォトレジスト層PR7を形成し、フォトレジスト層PR7をマスクとしてイオン注入工程を実施する。イオン注入工程では、ホウ素(B)等のp型不純物をイオン注入し、p型タップPTAP、p型ウエル給電PWCNT、および、バルクp型MISFETQpbの形成領域にp型高濃度半導体領域PHを形成する。
バルクp型MISFETQpbの形成領域では、ゲート電極GPBの両端の半導体基板1(n型ウエル層NW)の主面にp型高濃度半導体領域PHが形成される。p型不純物は、ゲート電極GPBにも導入される。p型タップPTAPの形成領域では、ノンドープ領域GIの両端の半導体基板1(p型ウエル層PW)の主面にp型高濃度半導体領域PHが形成される。ノンドープ領域GIの上面は、窒化シリコン膜からなるキャップ絶縁膜4で覆われているため、p型高濃度半導体領域PHを形成する際に、p型不純物がノンドープ領域GIに注入されるのを防止することができる。また、p型ウエル給電PWCNTの形成領域にも、半導体基板1(p型ウエル層PW)の主面にp型高濃度半導体領域PHが形成される。なお、薄膜p型MISFETQp1およびQp2のp型高濃度半導体領域PHは、バルクp型MISFETQpbのp型高濃度半導体領域PH形成工程と同時に形成される。
図20は、n型高濃度半導体領域NHおよびp型高濃度半導体領域PHの形成工程におけるゲート電極層GLの延在方向の断面図を示している。n型高濃度半導体領域NHを形成する際のフォトレジスト層PR6は、薄膜n型MISFETQn1およびQn2の形成領域を露出しているので、ゲート電極GN1およびGN2にn型不純物がイオン注入される。一方、薄膜p型MISFETQp1およびQp2の形成領域、および、p型タップPTAPの形成領域は、フォトレジスト層PR6で覆われているので、ゲート電極GP1およびGP2、ならびに、ノンドープ領域GIには、n型不純物はイオン注入されない。
p型高濃度半導体領域PHを形成する際のフォトレジスト層PR7は、薄膜n型MISFETQn1およびQn2の形成領域を覆っているので、ゲート電極GN1およびGN2には、p型不純物はイオン注入されない。一方、薄膜p型MISFETQp1およびQp2の形成領域は、フォトレジスト層PR7で覆われていないので、ゲート電極GP1およびGP2には、p型不純物がイオン注入される。ノンドープ領域GIは、フォトレジスト層PR7で覆われていないが、キャップ絶縁膜4で覆われているため、p型不純物はイオン注入されない。なお、p型不純物およびn型不純物のイオン注入後には、注入された不純物を活性化する為に、半導体基板1に熱処理が施される。
次に、図21に示すように、シリサイド層SILの形成工程を実施する。先ず、半導体基板1の主面に露出している酸化シリコン膜を除去する。つまり、図19に示した、n型高濃度半導体領域NHの表面の絶縁膜7およびp型高濃度半導体領域PH上の絶縁膜5、ならびに、ノンドープ領域GI上の絶縁膜5を、ウェットエッチング法で除去する。ノンドープ領域GIの上面は、窒化シリコン膜からなるキャップ絶縁膜4で覆われているため、絶縁膜5が除去された後にも、ノンドープ領域GIの上面が露出することはない。
次に、露出した高濃度半導体領域NHおよびp型高濃度半導体領域PHの表面、ゲート電極GN1およびGPBの表面にシリサイド層SILを形成する。シリサイド層SILは、例えば、コバルトシリサイド(CoSi)層、チタンシリサイド(TiSi)層、ニッケルシリサイド(NiSi)層、プラチナ(Pt)含有ニッケルシリサイド(NiSi)層等で構成される。ただし、ノンドープ領域GIの上面は、キャップ絶縁膜4で覆われているため、シリサイド層SILは形成されない。
図22は、シリサイド層SILの形成工程におけるゲート電極層GLの延在方向の断面図を示している。隣接して配置されたゲート電極GP1およびGN1の上面には、連続的にシリサイド層SILが形成されている。同様に、隣接して配置されたゲート電極GP2およびGN2の上面には、連続的にシリサイド層SILが形成されている。ただし、ノンドープ領域GIの上面は、キャップ絶縁膜4で覆われており、シリサイド層SILは形成されていない。つまり、ゲート電極GP1およびGN1上のシリサイド層SILと、ゲート電極GP2およびGN2上のシリサイド層SILとは、キャップ絶縁膜4で分離されており、電気的に独立にできる。なお、シリサイド層SILの形成の前に、ノンドープ領域GI上に選択的に酸化シリコン膜等の絶縁膜を形成しても良い。この場合、キャップ絶縁膜4だけの場合と比較して、より確実にシリサイド層SILの形成を防止することができる。
次に、図2および図3に示すように、プラグ電極PGの形成工程を実施する。先ず、半導体基板1上に、複数の開口を有する層間絶縁膜ILを形成する。層間絶縁膜ILは、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、または、窒化シリコン膜と窒化シリコン膜上に形成された酸化シリコン膜との積層膜等の絶縁膜(無機絶縁膜)からなる。酸化シリコン膜および窒化シリコン膜は、低圧CVD法またはプラズマCVD法を用いて、半導体基板1上に堆積させる。層間絶縁膜ILの開口は、n型高濃度半導体領域NH、p型高濃度半導体領域PH、および、ゲート電極GN1、GP1、GN2、および、GP2の表面に形成されたシリサイド層SILの上面(表面)を一部露出している。そして、層間絶縁膜ILの開口内に、金属膜からなるプラグ電極PGを形成する。プラグ電極PGは、窒化タングステン(TiW)膜又は窒化チタン(TiN)膜等のバリア膜と、タングステン(W)との積層構造となっている。シリサイド層SILの表面および開口の側壁にバリア膜が形成され、バリア膜上にタングステン膜が形成されている。
次に、金属配線MW、電源電位配線VDD、および、基準電位配線VSSの形成工程を実施する。プラグ電極PGに接触するように、層間絶縁膜IL上に、所望のパターンを有する金属配線MW、電源電位配線VDD、および、基準電位配線VSSを形成する。金属配線MW、電源電位配線VDD、および、基準電位配線VSSは、アルミニウム(Al)膜または銅(Cu)膜を主体とする金属膜であるが、微量の不純物を含んでも良い。例えば、銅、シリコンを含有するアルミニウム膜、またはパラジウムを含有する銅膜等も含まれる。
以上、説明したように、ゲート電極GP1、GN1、GN2、GP2、および、GPBは、アモルファスシリコン膜からなるシリコン膜3に、p型不純物またはn型不純物が注入された後、p型またはn型の低濃度半導体領域PMまたはNM、または、p型またはn型の高濃度半導体領域PHまたはNHの形成工程で熱処理が施されるため、多結晶シリコン膜となる。一方、ノンドープ領域GIには、p型不純物またはn型不純物が注入されないため、アモルファスシリコン膜のままとなっている。
<半導体装置およびその製造方法の特徴>
本実施の形態1によれば、以下の特徴を奏することができる。
まず、回路セルの高さを低減し、半導体装置の小型化を実現出来る。ここで、回路セルの高さを、図1を用いて説明する。回路セルの高さは、Y方向における、電源電位配線VDDの中心から基準電位配線VSSの中心までの距離とする。
図23は、実施の形態1の検討例であるが、図1の第1回路セルに対応する回路セルの平面図であるが、1つの薄膜p型MISFETQp1と、1つの薄膜n型MISFETQn1とを示している。薄膜p型MISFETQp1が形成される活性領域ACTP1および薄膜n型MISFETQn1が形成される活性領域ACTN1は、互いに平行にX方向に延在している。そして、活性領域ACTP1およびACTN1と交差するように、その一部がゲート電極GP1およびGN1となるゲート電極層GL3が、Y方向に延在して配置されている。図1の回路セル1とは異なり、ゲート電極層GL3は、回路セルの内部で終端している。つまり、ゲート電極層GL3は、電源電位配線VDD(又は、活性領域ACTNT)および基準電位配線VSS(又は、活性領域ACTPT)と交差せず、ゲート電極層GL3は、電源電位配線VDD(又は、活性領域ACTNT)および基準電位配線VSS(又は、活性領域ACTPT)の内側の領域で終端している。また、図23では、ゲート電極層GL3の周囲に、側壁絶縁膜SW4を示しているが、側壁絶縁膜SW4は、図2のオフセットスペーサOS1、絶縁膜5、および、側壁絶縁膜SW3に対応している。図1の第1回路セルと同様の構成には、同様の符号を付している。
本願発明者の検討によれば、ゲート電極層GL3は、活性領域ACTP1およびACTN1から、充分な距離(長さ)だけ突出している必要があることが分かった。これは、ゲート電極層GL3を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりパターニングすると、図23に破線で示すように、ゲート電極層GL3が短くなること、および、突出部の角部が落ちて丸くなること、が判明した。つまり、突出距離(D1)が短いと、ゲート電極層GL3の端部が、図23に破線で示した形状となり、薄膜p型MISFETQp1および薄膜n型MISFETQn1の閾値変動を引き起こすことが明らかになった。
また、活性領域ACTPTおよびACTNTを、ゲート電極層GL3の端部から、充分に離間する必要があることが分かった。例えば、活性領域ACTNTには、n型タップNTAPを形成する為に、n型不純物がイオン注入されるが、ゲート電極層GL3の端部と活性領域ACTNTの離間距離(D2)が小さくなると、側壁絶縁膜SW4が、活性領域ACTNTと重なってしまい、n型不純物がイオン注入されない領域が発生して、n型タップNTAPの抵抗値が変動する為である。
つまり、上記のように、充分な突出距離(D1)および離間距離(D2)を確保する必要が有るため、回路セルの高さが高くなっている。
図24は、本実施の形態1の効果を説明する平面図である。図24に示すように、第1回路セルの薄膜n型MISFETQn1のゲート電極GN1と第2回路セルの薄膜n型MISFETQn2のゲート電極GN2とが、ゲート電極層GLで一体形成されている。そして、ゲート電極層GLは、第1回路セルの薄膜n型MISFETQn1と第2回路セルの薄膜n型MISFETQn2の間において、X方向に延在する活性領域ACTPT(または、基準電位配線VSS)と交差してY方向に延在している。つまり、ゲート電極層GLは、活性領域ACTN1およびACTN2と、活性領域ACTPTとの間に、端部を有さないので、上記の突出距離(D1)および離間距離(D2)を確保する必要がないため、第1回路セルの高さを低減することが可能となる。因みに、図24に示す、活性領域ACTN1またはACTN2と活性領域ACTPTの間隔(D3)は、素子分離膜STIの最小寸法とすることができる。図24に示すように、活性領域ACTP1と活性領域ACTNTの間隔(D4)が、上記の突出距離(D1)と離間距離(D2)の和に相当している(D4=D1+D2)。従って、活性領域ACTN1またはACTN2と活性領域ACTPTとの間隔(D3)は、活性領域ACTP1と活性領域ACTNTの間隔(D4)よりも小さくできる(D3<D4(=D1+D2))。本実施の形態の場合、具体的には、D1=0.11μm、D2=0.04μm、D3=0.12μm、D4=0.15μmとなり、Y方向の第1回路セルおよび第2回路セルの各々において、シュリンク率(D3/D4)を80%とすることができた(D3/D4=80%)。
また、薄膜n型MISFETQn1のゲート電極GN1をドライエッチング法で加工する際のハードマスクであるキャップ絶縁膜4を、ノンドープ領域GI上に残した状態で、p型高濃度半導体領域PHを形成する為のイオン注入工程およびシリサイド層SILの形成工程を実施する。ノンドープ領域GIが、キャップ絶縁膜4で覆われているため、ノンドープ領域GIに、p型不純物がイオン注入されることがなく、イオン注入工程後に、ノンドープ領域GIを、アモルファスシリコン膜からなる真性半導体の状態に維持することができる。また、ノンドープ領域GIが、キャップ絶縁膜4で覆われた状態で、シリサイド層SILの形成工程を実施する為、ノンドープ領域GIにシリサイド層SILが形成されることはなく、シリサイド層SILの形成工程後に、ノンドープ領域GIを高抵抗に維持することができる。
なお、上記実施の形態1では、薄膜n型MISFETおよび薄膜p型MISFETとして、SOTBを例に説明したが、FD−SOIまたはPD−SOI(Partially-Depleted Silicon on Insulator:部分空乏型SOI)でも良い。また、バルク型のp型MISFETとバルク型のn型MISFETで、回路セルを構成しても良い。さらに、I/Oトランジスタ等と同様の構造を有するバルク型の高耐圧p型MISFETとバルク型の高耐圧n型MISFETで、回路セルを構成しても良い。
また、電源電位配線VDDの下に、n型タップNTAPおよびn型ウエル給電NWCNTを配置して、n型ウエルNWに給電し、基準電位配線VSSの下に、p型タップPTAPおよびp型ウエル給電PWCNTを配置して、p型ウエルPWに給電する例を説明したが、n型ウエル給電NWCNTおよびp型ウエル給電PWCNTを省略することもできる。
n型ウエル給電NWCNTおよびp型ウエル給電PWCNTを省略すると、X方向に隣接する活性領域ACTN1の間隔、および、X方向に隣接する活性領域ACTP1の間隔を小さくできるため、回路セルのX方向の長さを低減することができる。
<変形例1>
変形例1は、上記実施の形態1のp型タップPTAPおよびn型タップNTAPを省略した例である。図25は、変形例1に係る半導体装置の要部平面図である。上記実施の形態1と同様の構成には、同様の符号を付している。
基準電位配線VSSの下には、複数のp型ウエル給電PWCNTが、X方向に所定の間隔で配置されている。ただし、p型ウエル給電PWCNTが形成される活性領域ACTPWは、活性領域ACTN1およびACTN2とは、X方向およびY方向において重ならない。つまり、活性領域ACTPWを、Y方向に平行移動しても、活性領域ACTN1およびACTN2とは重なることはなく、素子分離膜STIにのみ重なる。従って、p型ウエル給電PWCNTを配置した領域において、X方向に隣接する活性領域ACTN1の間隔(W1)は、活性領域ACTPWのX方向の幅(W2)よりも大きくなっている。p型ウエル給電PWCNTが配置されていない領域においては、X方向に隣接する活性領域ACTN1の間隔は、上記のW1よりも狭い。X方向に隣接する活性領域ACTN2の間隔も同様である。
このような配置とすることで、Y方向において、隣接する活性領域ACTN1とACTN2の間隔を近づけることが出来、回路セルの高さを低減することが可能となる。
また、n型ウエル給電NWCNTの活性領域ACTNWと、活性領域ACTP1およびACTP2の関係も、上記の活性領域ACTPWと活性領域ACTN1およびACTN2との関係と同様である。
<変形例2>
変形例2は、上記実施の形態1に第3回路セルを追加した例である。図26は、変形例2に係る半導体装置の要部平面図である。第3回路セルは、第1回路セルおよび第2回路セルと同様に、X方向に延在する電源電位配線VDDおよび基準電位配線VSSを有し、電源電位配線VDDと基準電位配線VSSとの間に、PMOS形成領域PMOS3およびNMOS形成領域NMOS3を有する。PMOS形成領域PMOS3には、複数の薄膜p型MISFETQp3が、NMOS形成領域NMOS3には、複数の薄膜n型MISFETQn3が、それぞれ、X方向に沿って配置されている。薄膜p型MISFETQp3は、薄膜p型MISFETQp1およびQp2と同様の構造であり、ゲート電極GP3および活性領域ACTP3を有し、複数の薄膜n型MISFETQn3は、薄膜n型MISFETQn1およびQn2と同様の構造であり、ゲート電極GN3および活性領域ACTN3を有する。
変形例2では、図26に示すように、Y方向に、活性領域ACTP1、ACTN1、ACTPT、ACTN2、ACTP2、ACTNT、ACTP3、および、ACTN3が順に配置されており、各々の活性領域と交差して、ゲート電極層GLが、Y方向に延在している。ゲート電極層GLには、順に、p型のゲート電極GP1、n型のゲート電極GN1、ノンドープ領域GI、n型のゲート電極GN2、p型のゲート電極GP2、ノンドープ領域GI、p型のゲート電極GP3、および、n型のゲート電極GN3が形成されている。
p型のゲート電極GP1およびn型のゲート電極GN1は、ゲート電極GP1およびGN1の上面に形成されたシリサイド層SILで電気的に短絡されており、プラグ電極PGを介して金属配線MWに接続されている。n型のゲート電極GN2およびp型のゲート電極GP2は、ゲート電極GN2およびGP2の上面に形成されたシリサイド層SILで電気的に短絡されており、プラグ電極PGを介して金属配線MWに接続されている。p型のゲート電極GP3およびn型のゲート電極GN3は、ゲート電極GP3およびGN3の上面に形成されたシリサイド層SILで電気的に短絡されており、プラグ電極PGを介して金属配線MWに接続されている。そして、ゲート電極GN1およびGN2の間に配置されたノンドープ領域GIは、ゲート電極GN1およびGN2を互いに電気的に分離している。さらに、ゲート電極GP2およびGP3の間に配置されたノンドープ領域GIは、ゲート電極GP2およびGP3を互いに電気的に分離している。そして、ゲート電極層GLは、基準電位配線VSSおよび電源電位配線VDDと交差して延在しており、2つのノンドープ領域GIは、基準電位配線VSSおよび電源電位配線VDDと重なる位置に配置されている。
このように、3段の回路セルのゲート電極GP1、GN1、GN2、GP2、GP3、および、GN3をゲート電極層GLで一体に形成したことで、各回路セルの高さを低減できる。
(実施の形態2)
実施の形態2は、上記実施の形態1における、電気的に独立のゲート電極を一体形成する考え方をSRAMメモリセルに適用した例である。図27は、実施の形態2に係るSRAMのメモリセルを示す等価回路図である。図28は、実施の形態2に係るSRAMの複数のメモリセルを示す平面レイアウト図である。図29は、図28のE−E線に沿う断面図である。図30は、図28のF−F線に沿う断面図である。図31は、メモリセルを構成するMISFETの断面図である。
まず、SRAMを構成する隣接する2個のメモリセルの等価回路について説明する。図27に示すように、メモリセルMC1は、一対の相補性データ線であるデータ線DL1およびデータ線DL2、つまり一対のビット線と、ワード線WL1との交差部に配置され、駆動用トランジスタ、負荷用トランジスタおよび転送用トランジスタを含んでいる。つまり、SRAMのメモリセルMC1は一対の駆動用MISFETQD1、QD2、一対の負荷用MISFETQL1、QL2および一対の転送用MISFETQT1、QT2により構成されている。駆動用MISFETQD1、QD2および転送用MISFETQT1、QT2はnチャネル型MISFETにより構成され、負荷用MISFETQL1、QL2はpチャネル型MISFETにより構成されている。
メモリセルMC1を構成する上記6個のMISFETのうち、駆動用MISFETQD1および負荷用MISFETQL1は、CMIS(Complementary Metal Insulator Semiconductor)インバータINV1を構成し、駆動用MISFETQD2および負荷用MISFETQL2は、CMISインバータINV2を構成している。これら一対のCMISインバータINV1、INV2の相互の入出力端子である蓄積ノードA、Bは、交差結合され、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。また、このフリップフロップ回路の一方の入出力端子である蓄積ノードAは、転送用MISFETQT1のソース領域、ドレイン領域の一方に接続され、他方の入出力端子である蓄積ノードBは、転送用MISFETQT2のソース・ドレイン領域の一方に接続されている。
さらに、転送用MISFETQT1のソース・ドレイン領域の他方はデータ線DL1に接続され、転送用MISFETQT2のソース・ドレイン領域の他方はデータ線DL2に接続されている。また、フリップフロップ回路の一端、つまり負荷用MISFETQL1、QL2の各ソース領域は電源電圧Vddに接続され、他端、つまり駆動用MISFETQD1、QD2の各ソース領域は基準電圧Vssに接続されている。負荷用MISFETQL1のドレインと駆動用MISFETQD1のドレインとは、例えば、蓄積ノードAに接続され、負荷用MISFETQL1のゲートと駆動用MISFETQD1のゲートとが、蓄積ノードBに接続されている。そして、負荷用MISFETQL2のドレインと駆動用MISFETQD2のドレインとは、例えば、蓄積ノードBに接続され、負荷用MISFETQL2のゲートと駆動用MISFETQD2のゲートとが、蓄積ノードAに接続されている。
メモリセルMC2は、一対の相補性データ線であるデータ線DL3およびデータ線DL4、つまり一対のビット線と、ワード線WL1との交差部に配置され、駆動用トランジスタ、負荷用トランジスタおよび転送用トランジスタを含んでいる。メモリセルMC2は、一対の駆動用MISFETQD3、QD4、一対の負荷用MISFETQL3、QL4および一対の転送用MISFETQT3、QT4により構成されている。メモリセルMC2は、メモリセルMC1と同様の構造であり、その説明は、上記のメモリセルMC1の説明をもって代える。
図28は、マトリックス状に配置された複数のメモリセルの平面レイアウトを示しており、メモリセルMC1を中心に、X方向およびY方向に計9個のメモリセルを示している。なお、図を分り易くするため、ここではマトリクス状に並ぶ各メモリセルMCの境界を二点鎖線により区切って示している。メモリセルMC2は、メモリセルMC1との境界の二点鎖線を軸として右側に線対称配置されている。このように、y方向またはx方向において隣り合うメモリセル同士は、当該二点鎖線を軸として線対称なレイアウトを有している。
半導体層SMは、素子分離膜STIにより複数の活性領域AN1、AN2、AP1およびAP2に区画されている。つまり、活性領域AN1、AN2、AP1およびAP2の周囲は素子分離膜STIにより囲まれている。y方向に延在する複数の活性領域AN1、AP1、AP2、および、AN2は、x方向に並んで配置されている。さらに、ゲート電極層GL1およびGL2がX方向に延在して、Y方向に配置されている。
そして、メモリセルMC1について説明すると、ゲート電極層GL1と活性領域AN1の交差部に駆動用MISFETQD1、ゲート電極層GL1と活性領域AP1の交差部に負荷用MISFETQL1、および、ゲート電極層GL1と活性領域AN2の交差部に転送用MISFETQT2が配置されている。また、ゲート電極層GL2と活性領域AP1の交差部に転送用MISFETQT1、ゲート電極層GL2と活性領域AP2の交差部に負荷用MISFETQL2、および、ゲート電極層GL2と活性領域AN2の交差部に駆動用MISFETQD2が配置されている。
次に、メモリセルMC2について説明すると、ゲート電極層GL1と活性領域AN3の交差部に転送用MISFETQT3、ゲート電極層GL1と活性領域AP4の交差部に負荷用MISFETQL4、および、ゲート電極層GL1と活性領域AN4の交差部に駆動用MISFETQD4が配置されている。また、ゲート電極層GL2と活性領域AN3の交差部に駆動用MISFETQD3、ゲート電極層GL2と活性領域AP3の交差部に負荷用MISFETQL3、および、ゲート電極層GL2と活性領域AN4の交差部に転送用MISFETQT4が配置されている。
なお、図28には、データ線DL1、DL2、DL3、および、DL4、ならびに、ワード線WL1は、図示していないが、データ線DL1、DL2、DL3、および、DL4は、Y方向に、ワード線WL1は、X方向に延在する。
図29に示すように、活性領域AN1、AP1、および、AN2は、順に、p型ウエル層PW、n型ウエル層NW、および、p型ウエル層PWに形成されている。そして、ゲート電極層GL1は、活性領域AN1、AP1、および、AN2、ならびに、素子分離膜STI上に連続的に延在している。ゲート電極層GL1には、順に、駆動用MISFETQD1のゲート電極GND1、負荷用MISFETQL1のゲート電極GPL1、ノンドープ領域GI、および、転送用MISFETQT2のゲート電極GNT2が形成されている。ゲート電極GND1およびGNT2は、多結晶シリコン膜からなるn型半導体であり、ゲート電極GPL1は、多結晶シリコン膜からなるp型半導体であり、ノンドープ領域GIは、アモルファスシリコン膜からなる真性半導体である。ノンドープ領域GIは、その全体が、素子分離膜STI上に配置されている。ゲート電極GND1およびGPL1は、その上面に連続的に形成されたシリサイド層SILで、電気的に短絡されている。ゲート電極GNT2の上面にもシリサイド層SILが形成されている。ノンドープ領域GIの上面にはシリサイド層SILは形成されておらず、上面全体がキャップ絶縁膜4で覆われている。つまり、ゲート電極GPL1とゲート電極GNT2間は、真性半導体からなるノンドープ領域GIで電気的に分離されている。前述のように、p型の多結晶シリコン膜からなるゲート電極GPL1のシート抵抗は、330Ω/□であり、n型の多結晶シリコン膜からなるゲート電極GNT2のシート抵抗は、130Ω/□であり、アモルファスシリコン膜からなるノンドープ領域GIのシート抵抗は、1,000KΩ/□以上であるので、ゲート電極GPL1とゲート電極GNT2との間は、ノンドープ領域GIで、電気的に絶縁されている。
また、メモリセルMC1において、負荷用MISFETQL1のゲート電極GPL1、および、転送用MISFETQT2のゲート電極GNT2が、多結晶シリコン膜からなるゲート電極層GL1で一体形成されており、ゲート電極GPL1とゲート電極GNT2との間は、ノンドープ領域GIで電気的に分離されていると言うこともできる。さらに、図28に示すゲート電極層GL2に着目すると、上記と同様にして、メモリセルMC1において、負荷用MISFETQL2のゲート電極、および、転送用MISFETQT1のゲート電極が、多結晶シリコン膜からなるゲート電極層GL2で一体形成されており、負荷用MISFETQL2のゲート電極と転送用MISFETQT1のゲート電極との間は、ノンドープ領域GIで電気的に分離されていると言うこともできる。
図30に示すように、ゲート電極層GL2は、活性領域AN2およびAN3、ならびに、素子分離膜STI上に連続的に延在している。そして、ゲート電極層GL2には、順に、駆動用MISFETQD2のゲート電極GND2、ノンドープ領域GI、および、駆動用MISFETQD3のゲート電極GND3が形成されている。ゲート電極GND2およびGND3は、n型半導体であり、その上面には、それぞれシリサイド層SILが形成されている。ノンドープ領域GIは、真性半導体であり、ゲート電極GND2をゲート電極GND3から電気的に分離している。また、ノンドープ領域GIの上面は、キャップ絶縁膜4で全体を覆われており、シリサイド層SILは形成されていない。ノンドープ領域GIは、その全体が、素子分離膜STI上に配置されている。
つまり、メモリセルMC1の駆動用MISFETQD2のゲート電極GND2、および、メモリセルMC2の駆動用MISFETQD3のゲート電極GND3が、多結晶シリコン膜からなるゲート電極層GL2で一体形成されており、ゲート電極GND2とゲート電極GND3との間は、ノンドープ領域GIで電気的に分離されている。
図31は、SRAMのメモリセルを構成する、n型の駆動用MISFETおよびn型の転送用MISFET、ならびに、p型の負荷用MISFETの断面図を示している。図31では、駆動用MISFETQD1および転送用MISFETQT1、ならびに、負荷用MISFETQL1を代表として示している。
駆動用MISFETQD1および転送用MISFETQT1は、実施の形態1で説明した薄膜n型MISFETQn1と同様の構造である。負荷用MISFETQL1は、実施の形態1で説明した薄膜p型MISFETQp1と同様の構造である。
本実施の形態2によれば、メモリセルMC1において、負荷用MISFETQL1のゲート電極GPL1、および、転送用MISFETQT2のゲート電極GNT2が、ゲート電極層GL1で一体形成されており、ゲート電極GPL1とゲート電極GNT2との間は、ノンドープ領域GIで電気的に分離されている。そのため、ゲート電極GPL1とゲート電極GNT2とを、別体の多結晶シリコン層で形成した場合に比べ、メモリセルMC1のワード線方向のセルサイズを縮小することが出来る。
また、隣接するメモリセルMC1およびMC2を構成する、駆動用MISFETQD2のゲート電極GND2および駆動用MISFETQD3のゲート電極GND3を、ゲート電極層GL2で一体形成することで、隣接するメモリセルMC1およびMC2の間隔を縮小することができ、メモリセルアレイの縮小を実現出来る。
以上、本発明者によってなされた発明をその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言うまでもない。
その他、上記実施の形態に記載された内容の一部を以下に記載する。
〔付記1〕
(a)その主面に第1領域および第2領域を有し、前記第1領域には、前記主面上に第1絶縁膜を介して半導体層が形成された半導体基板を準備する工程、
(b)前記半導体層上および前記半導体基板上に、順に、第1シリコン膜および第1窒化シリコン膜を堆積する工程、
(c)前記第1シリコン膜および前記第1窒化シリコン膜をパターニングして、前記第1領域に第1シリコン片と第1窒化シリコン片からなる第1積層構造体を、前記第2領域に第2シリコン片と第2窒化シリコン片からなる第2積層構造体を形成する工程、
(d)前記第1積層構造体および前記第2積層構造体を覆うように、順に、第1酸化シリコン膜および第2窒化シリコン膜を堆積する工程、
(e)前記第2領域を第1マスク膜で覆った状態で、前記第1領域の前記第2窒化シリコン膜および前記第1酸化シリコン膜に異方性ドライエッチングを施し、前記第1積層構造体の側壁上に前記第1酸化シリコン膜と前記第2窒化シリコン膜からなる第1側壁絶縁膜を形成する工程、
(f)前記第2領域を前記第2窒化シリコン膜で覆った状態で、前記第1領域の前記半導体層の表面にエピタキシャル成長法により第2シリコン膜を形成する工程、
(g)前記第1領域において、前記第1窒化シリコン片および前記第1側壁絶縁膜を構成する第2窒化シリコン膜を、前記第2領域において、前記第1酸化シリコン膜を覆う第2窒化シリコン膜を、除去する工程、
(h)前記第1シリコン片および前記第2積層構造体を覆うように、第3窒化シリコン膜を堆積した後、前記第3窒化シリコン膜に異方性ドライエッチングを施し、前記第1領域において、前記第1シリコン片の側壁上に、前記第1酸化シリコン膜を介して前記第3窒化シリコン膜からなる第2側壁絶縁膜を、前記第2領域において、前記第2シリコン片の側壁上に、前記第1酸化シリコン膜を介して前記第3窒化シリコン膜からなる第3側壁絶縁膜を形成する工程、
(i)前記第2シリコン片が、前記第2窒化シリコン片で覆われた状態で、前記第2領域に、第1導電型の第1不純物をイオン注入し、前記半導体基板の前記主面に前記第1導電型の第1半導体領域を形成する工程、
を有し、
前記(i)工程において、前記第2窒化シリコン片は、前記イオン注入の際のマスクとして機能し、前記第2シリコン片には、前記第1不純物が注入されない、半導体装置の製造方法。
〔付記2〕
付記1に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(i)工程の後に、さらに、
(j)前記第2シリコン片が前記第2窒化シリコン片で覆われた状態で、前記第2領域において、前記第1半導体領域の表面にシリサイド層を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
〔付記3〕
付記1に記載の半導体装置の製造方法であって、
さらに、
(k)前記第1領域において、前記第1シリコン片および前記第2シリコン膜に、前記第1導電型と反対の導電型である第2導電型の第2不純物をイオン注入する工程、
(l)前記第2不純物を活性化する為に、前記第1シリコン片および前記第2シリコン膜に熱処理を施す工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
〔付記4〕
付記3に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(l)工程の後、前記第1シリコン膜は、多結晶シリコン膜であり、前記第2シリコン片は、アモルファスシリコン膜である、半導体装置の製造方法。
〔付記5〕
第1の方向に沿って延びる第1及び第2のビット線と、
前記第1の方向と直交する第2の方向に沿って延びるワード線と、
前記第1及び第2のビット線と、前記ワード線に接続するメモリセルと、
を有し、
前記メモリセルは、
第1ドレイン、第1ソース、および、第1ゲートを有し、前記第1ドレインが第1蓄積ノードに接続され、前記第1ゲートが第2蓄積ノードに接続される第1導電型の第1負荷用MISFETと、
第2ドレイン、第2ソース、および、第2ゲートを有し、前記第2ゲートが前記第2蓄積ノードに接続される前記第1導電型と反対の導電型である第2導電型の第1駆動用MISFETと、
第3ドレイン、第3ソース、および、第3ゲートを有し、前記第3ゲートが第1蓄積ノードに接続される前記第1導電型の第2負荷用MISFETと、
第4ドレイン、第4ソース、および、第4ゲートを有し、前記第4ゲートが前記第1蓄積ノードに接続される前記第2導電型の第2駆動用MISFETと、
第5ゲートを有し、前記第5ゲートが前記ワード線に電気的に接続され、前記第1のビット線と前記第1蓄積ノードとの間を電気的に接続する前記第2導電型の第1転送用MISFETと、
第6ゲートを有し、前記第6ゲートが前記ワード線に電気的に接続され、前記第2のビット線と前記第2蓄積ノードとの間を電気的に接続する前記第2導電型の第2転送用MISFETと、を有し、
前記第1導電型の前記第1ゲートと、前記第2導電型の前記第6ゲートとは、ゲート電極層で一体に形成され、前記第1ゲートと、前記第6ゲートとの間には、ノンドープ領域が介在している、半導体装置。
〔付記6〕
付記5に記載の半導体装置であって、
前記第1ゲートは、前記第1導電型の第1多結晶シリコン膜からなり、前記第6ゲートは、前記第2導電型の第2多結晶シリコン膜からなり、前記ノンドープ領域は、アモルファスシリコン膜からなる、半導体装置。
〔付記7〕
付記6に記載の半導体装置において、
前記アモルファスシリコン膜のシート抵抗は、前記第1多結晶シリコン膜のシート抵抗の1000倍以上であり、かつ、前記第2多結晶シリコン膜のシート抵抗の1000倍以上である、半導体装置。
〔付記8〕
付記6に記載の半導体装置において、
前記第1多結晶シリコン膜の上面は、第1シリサイド層と接しており、前記第2多結晶シリコン膜の上面は、第2シリサイド層と接しており、前記アモルファスシリコン膜の上面は、窒化シリコン膜と接している、半導体装置。
〔付記9〕
第1の方向に沿って延びる第1、第2、第3及び第4のビット線と、
前記第1の方向と直交する第2の方向に沿って延びるワード線と、
前記第1及び第2のビット線と、前記ワード線に接続する第1メモリセルと、
前記第3及び第4のビット線と、前記ワード線に接続する第2メモリセルと、
を有し、
前記第1メモリセルは、
第1ドレイン、第1ソース、および、第1ゲートを有し、前記第1ドレインが第1蓄積ノードに接続され、前記第1ゲートが第2蓄積ノードに接続される第1導電型の第1負荷用MISFETと、
第2ドレイン、第2ソース、および、第2ゲートを有し、前記第2ゲートが前記第2蓄積ノードに接続される前記第1導電型と反対の導電型である第2導電型の第1駆動用MISFETと、
第3ドレイン、第3ソース、および、第3ゲートを有し、前記第3ゲートが第1蓄積ノードに接続される前記第1導電型の第2負荷用MISFETと、
第4ドレイン、第4ソース、および、第4ゲートを有し、前記第4ゲートが前記第1蓄積ノードに接続される前記第2導電型の第2駆動用MISFETと、
第5ゲートを有し、前記第5ゲートが前記ワード線に電気的に接続され、前記第1のビット線と前記第1蓄積ノードとの間を電気的に接続する前記第2導電型の第1転送用MISFETと、
第6ゲートを有し、前記第6ゲートが前記ワード線に電気的に接続され、前記第2のビット線と前記第2蓄積ノードとの間を電気的に接続する前記第2導電型の第2転送用MISFETと、を有し、
前記第2メモリセルは、
第7ドレイン、第7ソース、および、第7ゲートを有し、前記第7ドレインが第3蓄積ノードに接続され、前記第7ゲートが第4蓄積ノードに接続される第1導電型の第3負荷用MISFETと、
第8ドレイン、第8ソース、および、第8ゲートを有し、前記第8ゲートが前記第4蓄積ノードに接続される前記第1導電型と反対の導電型である第2導電型の第3駆動用MISFETと、
第9ドレイン、第9ソース、および、第9ゲートを有し、前記第9ゲートが第3蓄積ノードに接続される前記第1導電型の第4負荷用MISFETと、
第10ドレイン、第10ソース、および、第10ゲートを有し、前記第10ゲートが前記第3蓄積ノードに接続される前記第2導電型の第4駆動用MISFETと、
第11ゲートを有し、前記第11ゲートが前記ワード線に電気的に接続され、前記第3のビット線と前記第3蓄積ノードとの間を電気的に接続する前記第2導電型の第3転送用MISFETと、
第12ゲートを有し、前記第12ゲートが前記ワード線に電気的に接続され、前記第4のビット線と前記第4蓄積ノードとの間を電気的に接続する前記第2導電型の第4転送用MISFETと、を有し、
前記第1メモリセルと、前記第2メモリセルは、前記ワード線の延在方向において、隣接し、
前記第2駆動用MISFETの前記第4ゲートと、前記第3駆動用MISFETの前記第8ゲートとは、ゲート電極層で一体に形成され、前記第4ゲートと、前記第8ゲートとの間には、ノンドープ領域が介在している、半導体装置。
〔付記10〕
付記9に記載の半導体装置であって、
前記第4ゲートは、前記第2導電型の第1多結晶シリコン膜からなり、前記第8ゲートは、前記第2導電型の第2多結晶シリコン膜からなり、前記ノンドープ領域は、アモルファスシリコン膜からなる、半導体装置。
〔付記11〕
付記10に記載の半導体装置において、
前記アモルファスシリコン膜のシート抵抗は、前記第1多結晶シリコン膜のシート抵抗の1000倍以上であり、かつ、前記第2多結晶シリコン膜のシート抵抗の1000倍以上である、半導体装置。
〔付記12〕
付記10に記載の半導体装置において、
前記第1多結晶シリコン膜の上面は、第1シリサイド層と接しており、前記第2多結晶シリコン膜の上面は、第2シリサイド層と接しており、前記アモルファスシリコン膜の上面は、窒化シリコン膜と接している、半導体装置。
ACTN1、ACTN2、ACTP1、ACTP2、ACTPT、ACTNT、ACTPW、ACTNW、ACTPB、AN1、AN2、AN3、AN4、AP1、AP2、AP3、AP4 活性領域
BOX 埋め込み絶縁層
DL1、DL2、DL3、DL4 データ線
EP エピ層
GI ノンドープ領域
GN1、GN2、GND1、GND2、GND3、GNT2、GP1、GP2、GPB、GPL1 ゲート電極
GL、GL1、GL2、GL3 ゲート電極層
IL 層間絶縁膜
MC1、MC2 メモリセル
MW 金属配線
NM n型低濃度半導体領域
NH n型高濃度半導体領域
NMOS1、NMOS2、NMOS3 NMOS形成領域
NTAP n型タップ
NW n型ウエル層
NWCNT n型ウエル給電
OS1 オフセットスペーサ
PM p型低濃度半導体領域
PG プラグ電極
PH p型高濃度半導体領域
PMOS1、PMOS2、PMOS3 PMOS形成領域
PR1、PR2、PR3、PR4、PR5、PR6、PR7 フォトレジスト層
PTAP p型タップ
PW p型ウエル層
PWCNT p型ウエル給電
QD1、QD2、QD3、QD4 駆動用MISFET
QL1、QL2、QL3、QL4 負荷用MISFET
Qn1、Qn2 薄膜n型MISFET
Qp1、Qp2 薄膜p型MISFET
Qpb バルクp型MISFET
QT1、QT2、QT3、QT4 転送用MISFET
SIL シリサイド層
SM 半導体層
STI 素子分離膜
SW1、SW2、SW3、SW4 側壁絶縁膜
VDD 電源電位配線
VSS 基準電位配線
WL1 ワード線
1 半導体基板
2 ゲート絶縁膜
3 シリコン膜
4 キャップ絶縁膜
5、6、7 絶縁膜

Claims (13)

  1. 主面を有する半導体基板と、
    前記半導体基板に形成され、前記主面の第1方向に延在する第1導電型の第1半導体領域と、
    前記第1半導体領域に接続され、前記第1方向に延在するように、前記半導体基板上に配置された第1配線と、
    前記第1半導体領域内に形成され、前記第1方向と直交する第2方向において、前記第1配線を挟むように配置された第1活性領域および第2活性領域と、
    前記主面上に形成され、前記第1活性領域および前記第2活性領域の各々と交差するように、前記第2方向に延在するゲート電極層と、
    前記第1導電型とは反対の導電型である第2導電型を有し、前記第1活性領域内であって、前記ゲート電極層を挟むように配置された一対の第2半導体領域と、
    前記第2導電型を有し、前記第2活性領域内であって、前記ゲート電極層を挟むように配置された一対の第3半導体領域と、
    を有し、
    前記ゲート電極層は、前記第1活性領域との交差部に、前記第2導電型の第1ゲート電極を有し、前記第2活性領域との交差部に、前記第2導電型の第2ゲート電極を有し、かつ、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間にノンドープ領域を有し、
    前記第1ゲート電極の上面は、第1シリサイド層と接しており、
    前記第2ゲート電極の上面は、第2シリサイド層と接しており、
    前記ノンドープ領域の上面は、窒化シリコン膜と接している、半導体装置。
  2. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記第1ゲート電極は、前記第2導電型の第1多結晶シリコン膜からなり、前記第2ゲート電極は、前記第2導電型の第2多結晶シリコン膜からなり、前記ノンドープ領域は、アモルファスシリコン膜からなる、半導体装置。
  3. 請求項2記載の半導体装置において、
    前記アモルファスシリコン膜のシート抵抗は、前記第1多結晶シリコン膜のシート抵抗の1000倍以上であり、かつ、前記第2多結晶シリコン膜のシート抵抗の1000倍以上である、半導体装置。
  4. 請求項1記載の半導体装置において、
    さらに、
    前記第1半導体領域内であって、前記第1活性領域と前記第2活性領域との間に第3活性領域を有し、
    前記第3活性領域内には、前記第1導電型の第4半導体領域が形成され、前記第4半導体領域は、前記第1配線に電気的に接続されている、半導体装置。
  5. 請求項1記載の半導体装置において、
    さらに、
    前記第1半導体領域内であって、前記第1方向において、前記第1活性領域および前記第2活性領域とは、異なる位置に配置された第4活性領域を有し、
    前記第4活性領域内には、前記第1導電型の第5半導体領域が形成され、前記第5半導体領域は、前記第1配線に電気的に接続されている、半導体装置。
  6. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記第1活性領域および前記第2活性領域は、前記主面に形成された、絶縁膜からなる素子分離膜で囲まれている、半導体装置。
  7. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記第1ゲート電極および前記一対の第2半導体領域は、前記第2導電型の第1MISFETを構成し、
    前記第2ゲート電極および前記一対の第3半導体領域は、前記第2導電型の第2MISFETを構成する、半導体装置。
  8. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記第2半導体領域は、前記第1半導体領域上に、第1絶縁膜を介して形成された第1半導体層に形成されており、
    前記第3半導体領域は、前記第1半導体領域上に、第2絶縁膜を介して形成された第2半導体層に形成されている、半導体装置。
  9. 主面を有する半導体基板と、
    前記半導体基板に形成され、前記主面の第1方向に延在する第1導電型の第1半導体領域と、
    前記主面の前記第1方向に延在し、前記第1方向と直交する第2方向において、前記第1半導体領域を挟むように、前記第1半導体領域に隣接して配置され、前記第1導電型とは反対の導電型である第2導電型の第2半導体領域および第3半導体領域と、
    前記第1半導体領域に接続され、前記第1方向に延在するように、前記半導体基板上に配置された第1配線と、
    前記第1半導体領域内に形成され、前記第2方向において、前記第1配線を挟むように配置された第1活性領域および第2活性領域と、
    前記第2半導体領域内に形成された第3活性領域、および、前記第3半導体領域内に形成された第4活性領域と、
    前記主面上に形成され、前記第1活性領域、前記第2活性領域、前記第3活性領域、および、前記第4活性領域と交差するように、前記第2方向に延在するゲート電極層と、
    前記第2導電型を有し、前記第1活性領域内であって、前記ゲート電極層を挟むように配置された一対の第4半導体領域と、
    前記第2導電型を有し、前記第2活性領域内であって、前記ゲート電極層を挟むように配置された一対の第5半導体領域と、
    前記第1導電型を有し、前記第3活性領域内であって、前記ゲート電極層を挟むように配置された一対の第6半導体領域と、
    前記第1導電型を有し、前記第4活性領域内であって、前記ゲート電極層を挟むように配置された一対の第7半導体領域と、
    を有し、
    前記ゲート電極層は、前記第1活性領域との交差部に、前記第2導電型の第1ゲート電極を有し、前記第2活性領域との交差部に、前記第2導電型の第2ゲート電極を有し、前記第3活性領域との交差部に、前記第1導電型の第3ゲート電極を有し、前記第4活性領域との交差部に、前記第1導電型の第4ゲート電極を有し、かつ、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間にノンドープ領域を有し、
    前記第1ゲート電極と、前記第3ゲート電極とは互いに接しており、
    前記第1ゲート電極および前記第3ゲート電極のそれぞれの上面には、第1シリサイド層が形成されており、
    前記第2ゲート電極と、前記第4ゲート電極とは互いに接しており、
    前記第2ゲート電極および前記第4ゲート電極のそれぞれの上面には、第2シリサイド層が形成されており、
    前記ノンドープ領域の上面には、窒化シリコン膜が形成されており、
    前記窒化シリコン膜は、前記第1シリサイド層と前記第2シリサイド層との間に介在している、半導体装置。
  10. 請求項記載の半導体装置において、
    前記第1ゲート電極は、前記第2導電型の第1多結晶シリコン膜からなり、
    前記第2ゲート電極は、前記第2導電型の第2多結晶シリコン膜からなり、
    前記第3ゲート電極は、前記第1導電型の第3多結晶シリコン膜からなり、
    前記第4ゲート電極は、前記第1導電型の第4多結晶シリコン膜からなり、
    前記ノンドープ領域は、アモルファスシリコン膜からなる、半導体装置。
  11. 請求項10記載の半導体装置において、
    前記アモルファスシリコン膜は、前記第1多結晶シリコン膜と前記第2多結晶シリコン膜に接している、半導体装置。
  12. 請求項10記載の半導体装置において、
    さらに、
    前記第1シリサイド層に接続された第2配線と、
    前記第2シリサイド層に接続された第3配線と、
    を有する、半導体装置。
  13. 請求項記載の半導体装置において、
    さらに、
    前記第1半導体領域内であって、前記第1活性領域と前記第2活性領域との間に第5活性領域を有し、
    前記第5活性領域内には、前記第1導電型の第8半導体領域が形成され、前記第8半導体領域は、前記第1配線に接続されている、半導体装置。
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