説明

半導体集積回路装置

【課題】半導体集積回路装置、例えば、SRAMのメモリセルのソフトエラーを低減させた高性能の半導体集積回路装置を提供する。
【解決手段】それぞれのゲート電極とドレインとが交差接続された一対のnチャネル型MISFETを有するSRAMメモリセルの、交差接続部の配線MD2の表面を酸化シリコン膜21の表面より突出した形状とし、この配線MD2上に、容量絶縁膜となる窒化シリコン膜23と、上部電極24を形成する。この配線MD2、窒化シリコン膜23および上部電極24とで容量Cを形成することができ、α線によるソフトエラーを低減することができる。また、配線MD2側壁にも容量を形成することができるため、容量の増加を図ることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体集積回路装置に関し、特に、SRAM(Static Random Access Memory)を有する半導体集積回路装置に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
パソコンやワークステーション用のキャッシュメモリには、SRAMが使用されている。
【0003】
このSRAMは、1ビットの情報を記憶するフリップフロップ回路と2個の情報転送用MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)とで構成され、このフリップフロップ回路は、例えば、一対の駆動用MISFETと一対の負荷用MISFETとで構成される。
【0004】
このようなメモリセルに対し、α線によるソフトエラーが問題となっている。α線によるソフトエラーとは、外界の宇宙線に含まれるα線やLSIのパッケージ材料中に含まれる放射性原子から放出されるα線が、メモリセル内に入り、メモリセル中に保存されている情報を破壊する現象である。
【0005】
このα線対策のために、メモリセル中の情報蓄積部(前記フリップフロップ回路の入出力部)に容量を付加し、情報蓄積部の容量を増加させる方法が検討されている。
【0006】
例えば、特開平11−17027号公報(特許文献1)には、FETQp’、Qnd’のドレイン領域と接続された多結晶シリコン10と、FETQp、Qndのドレイン領域と接続された多結晶シリコン11とによって容量を形成することによって、ソフトエラー耐性を向上させる技術が記載されている。
【0007】
また、特開平10−163440号公報(特許文献2)には、情報を記憶するフリップフロップ回路の入出力端子を交差結合する局所配線L1、L2とこれらの間に介在する薄い絶縁膜とでキャパシタCを構成することにより、メモリセルの蓄積ノードの容量を増加させ、α線ソフトエラー耐性の低下を防ぐ技術が記載されている。
【特許文献1】特開平11−17027号公報
【特許文献2】特開平10−163440号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、メモリセルの高集積化に伴う微細化が進むと、容量を形成することができる領域も小さくなる。従って、情報蓄積部の容量を増加させることに限界が生じてくる。
【0009】
一方、製品の使用目的等に応じて容量の目標値も高くなってきている。図48は、電源電圧(Vcc)が、1.2Vの製品および1.5Vの製品に対するα線の入射エネルギー(MeV)とノイズ電荷量(C)との関係を示す図である。図48に示すように、α線を、情報蓄積部に照射すると、情報蓄積部に電荷(ノイズ)が蓄積される。この電荷の最大値は、1.2Vの製品においては、6.2fCである。この製品の臨界電荷量が4.3fCであることから、各ノードには、1.9(=6.2−4.3)fC以上の電荷量を蓄積することができる容量を追加する必要がある。また、1.5Vの製品においては、この電荷の最大値は、6.1fCであり、臨界電荷量が3.4fCであることから、各ノードには、2.7(=6.1−3.4)fCの電荷量を蓄積することができる容量を追加する必要がある。なお、臨界電荷量とは、情報蓄積部に保持された情報(1もしくは0)を反転させてしまう電荷量をいう。
【0010】
このように、微細化により容量を形成することができる領域が小さくなっているにもかかわらず、要求される容量は大きくなってきている。
【0011】
本発明の目的は、半導体集積回路装置、例えば、SRAMのメモリセルの情報蓄積部の容量を確保することにより、α線によるソフトエラーを低減することができる技術を提供することにある。
【0012】
本発明の他の目的は、半導体集積回路装置、例えば、SRAMのメモリセルのソフトエラーを低減させた高性能の半導体集積回路装置を提供することにある。
【0013】
本発明の前記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。
【課題を解決するための手段】
【0014】
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。
【0015】
(1)本発明の半導体集積回路装置は、それぞれのゲート電極とドレインとが交差接続された一対のnチャネル型MISFETを構成要素とするメモリセルを有する半導体集積回路装置であって、前記nチャネル型MISFET上に形成された層間絶縁膜と、前記ゲート電極とドレインとを接続する導電層であって、前記ゲート電極からドレインまで延在する接続孔内に形成され、前記層間絶縁膜の表面より突出した突出部を有する導電層と、前記導電層の上部および突出部の側壁に沿って形成された容量絶縁膜と、前記容量絶縁膜上に形成された上部電極と、を有する。このような手段によれば、導電層、容量絶縁膜および上部電極とで容量を形成することができるためα線によるソフトエラーを低減することができる。また、前記導電層の突出部の側壁にも容量を形成することができるため、容量の増加を図ることができる。
【0016】
(2)本発明の半導体集積回路装置は、それぞれのゲート電極とドレインとが交差接続された一対のnチャネル型MISFETを構成要素とするメモリセルを有する半導体集積回路装置であって、前記nチャネル型MISFET上に形成された層間絶縁膜と、前記ゲート電極とドレインとを接続する導電層であって、前記ゲート電極からドレインまで延在する接続孔内に形成された導電層と、前記導電層の上部に形成された下部電極と、前記下部電極の上部に形成された容量絶縁膜と、前記容量絶縁膜上に形成された上部電極と、を有する。このような手段によれば、下部電極、容量絶縁膜および上部電極とで容量を形成することができるためα線によるソフトエラーを低減することができる。また、前記下部電極の形成領域を、導電層の形成領域より大きくすれば、容量を増加させることができる。
【0017】
(3)本発明の半導体集積回路装置は、それぞれのゲート電極とドレインとが交差接続された一対のnチャネル型MISFETを構成要素とするメモリセルを有する半導体集積回路装置であって、前記nチャネル型MISFET上に形成された層間絶縁膜と、前記ゲート電極とドレインとを接続する導電層であって、前記ゲート電極からドレインまで延在する接続孔内に形成され、前記層間絶縁膜の表面より突出した突出部を有する導電層と、前記導電層の上部および突出部の側壁に沿って形成された下部電極と、前記下部電極の上部に形成された容量絶縁膜と、前記容量絶縁膜上に形成された上部電極と、を有する。このような手段によれば、下部電極、容量絶縁膜および上部電極とで導電層に接続される容量を形成することができるためα線によるソフトエラーを低減することができる。また、前記下部電極の形成領域を、導電層の形成領域より大きくすれば、容量を増加させることができ、また、前記導電層の突出部の側壁に沿って形成された下部電極上にも容量を形成することができるため、容量の増加を図ることができる。
【0018】
(4)本発明の半導体集積回路装置は、それぞれのゲート電極とドレインとが交差接続された一対のnチャネル型MISFETを構成要素とするメモリセルを有する半導体集積回路装置であって、前記nチャネル型MISFET上に形成された層間絶縁膜と、前記ゲート電極とドレインとを接続する導電層であって、前記ゲート電極からドレインまで延在する接続孔内に形成され、その表面に凹部を有する導電層と、前記凹部内を含む前記導電層の上部に形成された容量絶縁膜と、前記容量絶縁膜上に形成された上部電極と、を有する。このような手段によれば、導電層、容量絶縁膜および上部電極とで容量を形成することができるためα線によるソフトエラーを低減することができる。また、前記導電層の凹部上にも容量を形成することができるため、容量の増加を図ることができる。
【0019】
(5)本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、それぞれのゲート電極とドレインとが交差接続された一対のnチャネル型MISFETを構成要素とするメモリセルを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、前記nチャネル型MISFETを形成する工程と、前記nチャネル型MISFET上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記nチャネル型MISFETのゲート電極上からドレインまで延在する接続孔を形成する工程と、前記接続孔内を含む前記層間絶縁膜上に導電性膜を堆積する工程と、前記導電性膜を前記層間絶縁膜の表面が露出するまで研磨することにより前記接続孔内に埋め込まれた導電層を形成する工程と、露出した前記層間絶縁膜の表面をさらにエッチングすることによって、前記導電層の側壁の上部を露出させる工程と、前記導電層の上部および露出した側壁に沿って容量絶縁膜を形成する工程と、前記容量絶縁膜上に上部電極を形成する工程と、を有する。このような手段によれば、導電層、容量絶縁膜および上部電極とで構成される容量によりソフトエラーを低減した半導体集積回路装置を形成することができる。前記層間絶縁膜の表面をさらにエッチングし、導電層の側壁の上部を露出させることによって、容量の増加を図ることができる。
【0020】
(6)本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、それぞれのゲート電極とドレインとが交差接続された一対のnチャネル型MISFETを構成要素とするメモリセルを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、前記nチャネル型MISFETを形成する工程と、前記nチャネル型MISFET上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記一対のnチャネル型MISFETのうち一方のゲート電極上か他方のドレインまで延在する接続孔を形成する工程と、前記接続孔内を含む前記層間絶縁膜上に導電性膜を堆積する工程と、前記導電層の上部に下部電極を形成する工程と、前記下部電極上に容量絶縁膜を形成する工程と、前記容量絶縁膜上に上部電極を形成する工程と、を有する。このような手段によれば、下部電極、容量絶縁膜および上部電極とで構成される容量によりソフトエラーを低減した半導体集積回路装置を形成することができる。また、前記下部電極の形成領域を、導電層の形成領域より大きくすれば、容量の増加を図ることができる。
【0021】
(7)本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、それぞれのゲート電極とドレインとが交差接続された一対のnチャネル型MISFETを構成要素とするメモリセルを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、前記nチャネル型MISFETを形成する工程と、前記nチャネル型MISFET上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記一対のnチャネル型MISFETのうち一方のゲート電極上から他方のドレインまで延在する接続孔を形成する工程と、前記接続孔内を含む前記層間絶縁膜上に導電性膜を堆積する工程と、前記導電性膜を前記層間絶縁膜の表面が露出するまで研磨することにより前記接続孔内に埋め込まれた導電層を形成する工程と、露出した前記層間絶縁膜の表面をさらにエッチングすることによって、前記導電層の側壁の上部を露出させる工程と、前記導電層の上部および露出した側壁に沿って下部電極を形成する工程と、前記下部電極上に容量絶縁膜を形成する工程と、前記容量絶縁膜上に上部電極を形成する工程と、を有する。このような手段によれば、下部電極、容量絶縁膜および上部電極とで構成される容量によりソフトエラーを低減した半導体集積回路装置を形成することができる。また、前記下部電極の形成領域を、導電層の形成領域より大きくすれば、容量の増加を図ることができる。また、前記導電層の露出した側壁に沿って形成された下部電極上にも容量を形成することができるため、容量の増加を図ることができる。
【0022】
(8)本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、それぞれのゲート電極とドレインとが交差接続された一対のnチャネル型MISFETを構成要素とするメモリセルを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、前記nチャネル型MISFETを形成する工程と、前記nチャネル型MISFET上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記nチャネル型MISFETのゲート電極上からドレインまで延在する接続孔を形成する工程と、前記接続孔内を含む前記層間絶縁膜上に導電性膜を堆積する工程であって、前記接続孔の半径より小さい膜厚の導電性膜を堆積する工程と、前記導電性膜を前記層間絶縁膜の表面が露出するまで研磨することにより前記接続孔内に埋め込まれ、その上部に凹部を有する導電層を形成する工程と、前記導電層の上部に容量絶縁膜を形成する工程と、前記容量絶縁膜上に上部電極を形成する工程と、を有する。このような手段によれば、導電層、容量絶縁膜および上部電極とで構成される容量によりソフトエラーを低減した半導体集積回路装置を形成することができる。また、前記導電層の凹部上にも容量を形成することができるため、容量の増加を図ることができる。
【発明の効果】
【0023】
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。
【0024】
(1)それぞれのゲート電極とドレインとが交差接続された一対のnチャネル型MISFET(Qd1、Qd2)を有するSRAMメモリセルの、交差接続配線(MD1、MD2)上に容量絶縁膜(窒化シリコン膜23)と、上部電極24とを形成したので、この配線、容量絶縁膜および上部電極とで容量を形成することができる。その結果、α線によるソフトエラーを低減することができる。
【0025】
また、前記配線表面を層間絶縁膜(窒化シリコン膜17、PSG膜20および酸化シリコン膜21)の表面より突出した形状としたので、この突出部の側壁にも容量を形成することができるため、容量の増加を図ることができる。
【0026】
(2)それぞれのゲート電極とドレインとが交差接続された一対のnチャネル型MISFETを有するSRAMメモリセルの、交差接続配線(MD1、MD2)上に下部電極22と、容量絶縁膜(窒化シリコン膜23)と、上部電極24とを形成したので、この配線上に、下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる容量を形成することができる。その結果、α線によるソフトエラーを低減することができる。また、前記下部電極の形成領域を、配線の形成領域より大きくすれば、容量を増加させることができる。
【0027】
(3)それぞれのゲート電極とドレインとが交差接続された一対のnチャネル型MISFETを有するSRAMメモリセルの、交差接続配線(MD1、MD2)表面を層間絶縁膜の表面より突出した形状とし、この配線上に、下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる容量を形成したので、α線によるソフトエラーを低減することができ、また、容量を増加させることができる。
【0028】
(4)それぞれのゲート電極とドレインとが交差接続された一対のnチャネル型MISFETを有するSRAMメモリセルの、交差接続配線(MD1、MD2)表面に凹部aを形成したので、この凹部上にも容量を形成することができるため、容量の増加を図ることができる。
【0029】
(5)α線によるソフトエラーを低減した、高性能のSRAMメモリセルを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0030】
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。
【0031】
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1であるSRAMのメモリセルを示す等価回路図である。図示のように、このメモリセルMC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、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 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で構成され、負荷用MISFETQp1,Qp2 はpチャネル型MISFETで構成されている。
【0032】
メモリセルMCを構成する上記6個のMISFETのうち、駆動用MISFETQd1 および負荷用MISFETQp1 は、CMOSインバータINV1 を構成し、駆動用MISFETQd2 および負荷用MISFETQp2 は、CMOSインバータINV2 を構成している。これら一対のCMOSインバータINV1,INV2 の相互の入出力端子(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(蓄積ノードA)は、転送用MISFETQt1 のソース、ドレイン領域の一方に接続され、他方の入出力端子(蓄積ノードB)は、転送用MISFETQt2 のソース、ドレイン領域の一方に接続されている。
【0033】
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DL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/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。
【0034】
上記回路の動作を説明すると、一方のCMOSインバータINV1 の蓄積ノードAが高電位(“H" )であるときには、駆動用MISFETQd2 がONになるので、他方のCMOSインバータINV2 の蓄積ノードBが低電位(“L" )になる。従って、駆動用MISFETQd1 がOFFになり、蓄積ノードAの高電位(“H" )が保持される。すなわち、一対のCMOSインバータINV1,INV2 を交差結合させたラッチ回路によって相互の蓄積ノードA、Bの状態が保持され、電源電圧が印加されている間、情報が保存される。
【0035】
転送用MISFETQt1,Qt2 のそれぞれのゲート電極にはワード線WLが接続され、このワード線WLによって転送用MISFETQt1,Qt2 の導通、非導通が制御される。すなわち、ワード線WLが高電位(“H" )であるときには、転送用MISFETQt1,Qt2 がONになり、フリップフロップ回路と相補性データ線(データ線DL,/DL)とが電気的に接続されるので、蓄積ノードA、Bの電位状態(“H" または“L" )がデータ線DL、/DLに現れ、メモリセルMCの情報として読み出される。
【0036】
メモリセルMCに情報を書き込むには、ワード線WLを“H" 電位レベル、転送用MISFETQt1,Qt2 をON状態にしてデータ線DL、/DLの情報を蓄積ノードA、Bに伝達する。
【0037】
次に、本実施の形態のSRAMの製造方法を図2〜図17を用いて説明する。
【0038】
まず、図2および図3に示すように、半導体基板1中に素子分離2を形成する。図3は、メモリセル約1個分の領域を示す半導体基板の平面図であり、図2は、図3の断面図であり、図3のA−A断面と対応する。この素子分離2は、以下のように形成する。例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンからなる半導体基板1をエッチングすることにより深さ250nm程度の素子分離溝を形成する。
【0039】
その後、半導体基板1を約1000℃で熱酸化することによって、溝の内壁に膜厚10nm程度の薄い酸化シリコン膜(図示せず)を形成する。この酸化シリコン膜は、溝の内壁に生じたドライエッチングのダメージを回復すると共に、次の工程で溝の内部に埋め込まれる酸化シリコン膜5と半導体基板1との界面に生じるストレスを緩和するために形成する。
【0040】
次に、溝の内部を含む半導体基板1上にCVD(Chemical Vapor deposition)法で膜厚450〜500nm程度の酸化シリコン膜5を堆積し、化学的機械研磨(CMP;Chemical Mechanical Polishing)法で溝の上部の酸化シリコン膜5を研磨し、その表面を平坦化する。
【0041】
次に、半導体基板1にp型不純物(ホウ素)およびn型不純物(例えばリン)をイオン打ち込みした後、約1000℃の熱処理で上記不純物を拡散させることによって、半導体基板1にp型ウエル3およびn型ウエル4を形成する。図3に示すように、半導体基板1には、2つのp型ウエル3および2つのn型ウエル4主表面である活性領域An1、An2、Ap1、Ap2が形成され、これらの活性領域は、酸化シリコン膜5が埋め込まれた素子分離2で囲まれている。
【0042】
また、追って詳細に説明するように、メモリセルMCを構成する6個のMISFET(Qt1、Qt2、Qd1、Qd2、Qp1、Qp2)のうちnチャネル型MISFET(Qt1、Qd1)は、活性領域Ap1(p型ウエル3)上に形成され、nチャネル型MISFET(Qt2、Qd2)は、活性領域Ap2(p型ウエル3)上に形成される。また、pチャネル型MISFET(Qp2)は、活性領域An1(n型ウエル4)上に形成され、pチャネル型MISFET(Qp1)は、活性領域An2(n型ウエル4)上に形成される。
【0043】
次に、半導体基板1の主表面にnチャネル型MISFET(Qt1、Qd1、Qt2、Qd2)およびpチャネル型MISFET(Qp1、Qp2)を形成する。
【0044】
まず、フッ酸系の洗浄液を用いて半導体基板1(p型ウエル3およびn型ウエル4)の表面をウェット洗浄した後、図4に示すように、約800℃の熱酸化でp型ウエル3およびn型ウエル4のそれぞれの表面に膜厚6nm程度の清浄なゲート酸化膜8を形成する。
【0045】
次いで、ゲート酸化膜8上にゲート電極Gを形成する。図5は、メモリセル約1個分の領域を示す半導体基板の平面図であり、図4は、図5のA−A断面と対応する。このゲート電極Gは、以下のように形成する。まず、ゲート酸化膜8の上部に膜厚100nm程度の低抵抗多結晶シリコン膜9をCVD法で堆積する。
【0046】
次に、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにして多結晶シリコン膜9をドライエッチングすることにより、多結晶シリコン膜9からなるゲート電極Gを形成する。図5に示すように、活性領域Ap1上には、転送用MISFETQt1のゲート電極Gと、駆動用MISFETQd1のゲート電極Gが形成され、活性領域Ap2上には、転送用MISFETQt2のゲート電極Gと、駆動用MISFETQd2のゲート電極Gが形成されている。また、活性領域An1上には、負荷用MISFETQp2のゲート電極Gが形成され、活性領域An2上には、負荷用MISFETQp1のゲート電極Gが形成されている。これらのゲート電極は、それぞれ図中のA−Aと直交する方向に形成され、負荷用MISFETQp1のゲート電極Gと駆動用MISFETQd1のゲート電極とは共通であり、また、負荷用MISFETQp2のゲート電極および駆動用MISFETQd2のゲート電極とは共通である。
【0047】
次に、p型ウエル3上のゲート電極Gの両側にn型不純物(リン)を注入することによってn-型半導体領域を形成し、また、n型ウエル4上にp型不純物(ヒ素)を注入することによってp-型半導体領域14を形成する。
【0048】
次いで、半導体基板1上にCVD法で膜厚40nm程度の窒化シリコン膜を堆積した後、異方的にエッチングすることによって、ゲート電極Gの側壁にサイドウォールスペーサ16を形成する。
【0049】
次に、p型ウエル3にn型不純物(リンまたはヒ素)をイオン打ち込みすることによってn+型半導体領域(ソース、ドレイン)を形成し、n型ウエル4にp型不純物(ホウ素)をイオン打ち込みすることによってp+型半導体領域18(ソース、ドレイン)を形成する。
【0050】
ここまでの工程で、メモリセルMCを構成する6個のMISFET(駆動用MISFETQd1、Qd2、転送用MISFETQt1、Qt2および負荷用MISFETQp1、Qp2)が完成する。
【0051】
続いて、半導体基板1の表面を洗浄した後、半導体基板1上に、スパッタ法によりCo膜およびTi膜を順次堆積する。次いで、図6に示すように、600℃で1分間の熱処理を施し、半導体基板1の露出部(n+型半導体領域、p+型半導体領域18)およびゲート電極G上に、CoSi層19を形成する。
【0052】
次いで、未反応のCo膜およびTi膜をエッチングにより除去した後、700から800℃で、1分間程度の熱処理を施し、CoSi層19を低抵抗化する。
【0053】
次いで、図7に示すように、半導体基板1上にCVD法で膜厚50nm程度の窒化シリコン膜17を堆積する。なお、窒化シリコン膜17は、後述するコンタクトホールC1等の形成時のエッチングストッパーとしての役割を果たす。
【0054】
続いて、窒化シリコン膜17の上部にPSG(Phosphor Silicate Glass)膜20を塗布し、熱処理を行い、平坦化した後、酸化シリコン膜21を堆積してもよい。この酸化シリコン膜21は、例えば、テトラエトキシシランを原料とし、プラズマCVD法により形成する。このPSG膜20、酸化シリコン膜21および窒化シリコン膜17は、ゲート電極Gと第1層配線M1との間の層間絶縁膜となる。また、CVD法で膜厚700nm〜800nm程度の酸化シリコン膜21を窒化シリコン膜17の上部に堆積した後、酸化シリコン膜21の表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法で研磨してその表面を平坦化してもよい。
【0055】
次に、図8および図9に示すように、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチングで酸化シリコン膜21およびPSG膜20をドライエッチングし、続いて窒化シリコン膜17をドライエッチングすることによって、n+型半導体領域(ソース、ドレイン)およびp+型半導体領域18(ソース、ドレイン)上にコンタクトホールC1および配線溝HMを形成する。また、転送用MISFETQt1、Qt2のゲート電極G上にコンタクトホールC1を形成する。図9中の2つの配線溝HMのうち、一方の配線溝HMは、駆動用MISFETQd1のドレイン上から負荷用MISFETQp1のドレイン上を経由し、駆動用MISFETQd2のゲート電極上まで延在している。また、他方の配線溝HMは、駆動用MISFETQd2のドレイン上から負荷用MISFETQp2のドレイン上を経由し、駆動用MISFETQd1のゲート電極上まで延在している(図9)。
【0056】
次いで、コンタクトホールC1および配線溝HM内に導電性膜を埋め込むことによりプラグP1および配線MD1、MD2(導電層)を形成する。まず、コンタクトホールC1および配線溝HMの内部を含む酸化シリコン膜21の上部にスパッタ法により膜厚10nm程度のTi膜(図示せず)および膜厚50nm程度のTiN膜を順次し、500〜700℃で1分間熱処理を施す。次いでCVD法によりW膜を堆積し、酸化シリコン膜21の表面が露出するまでエッチバックもしくはCMPを施し、コンタクトホールC1および配線溝HM外部のTi膜、TiN膜およびW膜を除去することにより、コンタクトホールC1内にプラグP1を形成し、配線溝HM内に配線MD1、MD2を形成する。この際、酸化シリコン膜21の表面とプラグP1および配線MD1、MD2との表面は、ほぼ一致している。
【0057】
次いで、図10に示すように、酸化シリコン膜21の表面をさらに、エッチングする。この際、プラグP1および配線MD1、MD2の側壁上部が露出する。なお、PSG膜20を形成している場合は、PSG膜20の表面が露出しないよう酸化シリコン膜21の膜厚を調整する必要がある。
【0058】
次いで、図11に示すように、酸化シリコン膜21、プラグP1および配線MD2上に窒化シリコン膜23を形成する。この窒化シリコン膜23は、下部電極となる配線MD1、MD2と後述する上部電極24との間に形成され、容量絶縁膜となる。
【0059】
次に、窒化シリコン膜23上に、スパッタ法によりTiN膜を堆積し、パターニングすることによって、配線MD1、MD2上および負荷用MISFETQp1、Qp2のソース上のプラグP1上に延在する上部電極24を形成する(図12)。この上部電極24は、転送用MISFETQt1、Qt2の一端(データ線と接続される側)上のプラグP1および駆動用MISFETQd1、Qd2のソース上のプラグP1上に延在しないようパターニングする。
【0060】
以上の工程により下部電極となる配線MD1、MD2と、窒化シリコン膜23と上部電極24とで構成される容量Cを形成することができる。
【0061】
このように、本実施の形態によれば、配線MD1、MD2と接続される容量Cを形成したので、SRAMのメモリセルに入射したα線によるソフトエラーを低減することができる。また、配線MD1、MD2を形成した後、酸化シリコン膜21の表面をさらに、エッチングしたので、配線MD1、MD2の側壁上部が露出し、この側壁に沿って容量絶縁膜となる窒化シリコン膜23を形成することができるため、容量を増加させることができる。
【0062】
図18は、酸化シリコン膜21の表面のエッチング量および窒化シリコン膜23の膜厚とメモリセルの容量増加量(fF)との関係を示す図である。グラフ(a)、(b)および(c)は、それぞれ酸化シリコン膜21の表面のエッチング量が200nm、100nmおよび0nmの場合の容量増加量を示す。図18に示すように、例えば、酸化シリコン膜21の表面のエッチング量が200nm、窒化シリコン膜23の膜厚が10nmの場合には、容量を、約6fF増加させることができる。また、酸化シリコン膜21の表面のエッチング量が100nm、窒化シリコン膜の膜厚が10nmの場合には、容量を、約4fF増加させることができる。
【0063】
この後、上部電極24上に層間絶縁膜を介し第1層配線M1および第2層配線M2が形成される。引き続き、これらの配線の形成工程について説明する。
【0064】
まず、図13および図14に示すように、上部電極24上に、酸化シリコン膜25をCVD法により堆積する。次いで、プラグP1上の酸化シリコン膜25をエッチングにより除去することによりコンタクトホールC2を形成する。ここで、負荷用MISFETQp1、Qp2のソース上のプラグP1上においては、窒化シリコン膜23が存在するため、酸化シリコン膜25の他、上部電極24および窒化シリコン膜23もエッチングにより除去する。
【0065】
次いで、コンタクトホールC2内に導電性膜を埋め込むことによりプラグP2を形成する。まず、コンタクトホールC2の内部を含む酸化シリコン膜25の上部にスパッタ法により膜厚10nm程度のTi膜(図示せず)および膜厚50nm程度のTiN膜を順次し、500〜700℃で1分間熱処理を施す。次いでCVD法によりW膜を堆積し、酸化シリコン膜25の表面が露出するまでエッチバックもしくはCMPを施し、コンタクトホールC2外部のTi膜、TiN膜およびW膜を除去することによりプラグP2を形成する。なお、図14の平面図においては、ゲート電極Gおよび活性領域An1等の表示を省略している。
【0066】
続いて、図15および図16に示すように、酸化シリコン膜25およびプラグP2上に、第1層配線M1を形成する。スパッタ法により膜厚10nm程度のTi膜(図示せず)および膜厚50nm程度のTiN膜を順次し、500〜700℃で1分間熱処理を施す。次いでCVD法によりW膜を堆積し、パターニングすることにより第1層配線M1を形成する。第1層配線M1のうち、転送用MISFETQt1とQt2のゲート電極GをプラグP1を介して接続する第1層配線M1はワード線WLとなる。
【0067】
次いで、図17に示すように、第1層配線M1および酸化シリコン膜25上に、酸化シリコン膜27(図17中には図示せず)をCVD法により堆積し、次いで、第1層配線M1上の酸化シリコン膜27をエッチングにより除去することによりコンタクトホールC3を形成する。
【0068】
次いで、コンタクトホールC3内に導電性膜を埋め込むことによりプラグP3を形成する。このプラグP3は、プラグP2と同様に形成する。
【0069】
続いて、酸化シリコン膜27およびプラグP3上に、第2層配線M2を形成する。まず、スパッタ法により膜厚10nm程度のTi膜(図示せず)および膜厚50nm程度のTiN膜を順次し、500〜700℃で1分間熱処理を施す。次いでCVD法によりW膜を堆積し、パターニングすることにより第2層配線M2を形成する。第2層配線M2を介して駆動用MISFETQd1およびQd2のソースに基準電位(Vss)が供給される。
【0070】
また、第2層配線M2を介して負荷用MISFETQp1およびQp2のソースに電源電位(Vcc)が供給される。従って、図13に示したように、上部電極24は、負荷用MISFETQp1およびQp2のソースと接続されるプラグP2の側壁と接しているため、上部電極24には、電源電位(Vcc)が供給される。その結果、前述の容量Cは、図1中の蓄積ノードAもしくはBと電源電位(Vcc)との間に接続される容量となる。
【0071】
また、駆動用MISFETQd1、Qd2の一端と接続された第2層配線はデータ線(DL、/DL)となる。
【0072】
以上の工程により、図1を用いて説明したSRAMメモリセルが、ほぼ完成する。
【0073】
(実施の形態2)
本実施の形態のSRAMの製造方法を図19〜図22を用いて説明する。なお、図2〜図9を用いて説明したプラグP1および配線MD1、MD2形成工程までは、実施の形態1の場合と同様であるためその説明を省略する。
【0074】
まず、実施の形態1で説明した図8および図9に示す半導体基板1を準備し、図19に示すように、酸化シリコン膜21、プラグP1および配線MD2上に、スパッタ法によりTiN膜を堆積し、パターニングすることによって、配線MD1、MD2上に下部電極22を形成する。この下部電極22形成領域は、配線MD1、MD2形成領域より大きい(図20)。
【0075】
次いで、図21および図22に示すように、下部電極22および酸化シリコン膜21上に、窒化シリコン膜23を形成する。この窒化シリコン膜23は、下部電極22と後述する上部電極24との間に形成され、容量絶縁膜となる。
【0076】
次に、窒化シリコン膜23上に、スパッタ法によりTiN膜を堆積し、パターニングすることによって、下部電極22上および負荷用MISFETQp1、Qp2のソース上のプラグP1上に延在する上部電極24を形成する。この上部電極24は、転送用MISFETQt1、Qt2の一端(データ線と接続される側)上のプラグP1および駆動用MISFETQd1、Qd2のソース上のプラグP1上に延在しないようパターニングする。
【0077】
以上の工程により下部電極22と、窒化シリコン膜23と上部電極24とで構成される容量Cを形成することができる。
【0078】
このように、本実施の形態によれば、配線MD1、MD2と接続される容量Cを形成したので、SRAMのメモリセルに入射したα線によるソフトエラーを低減することができる。また、この下部電極22形成領域を、配線MD1、MD2形成領域より大きくしたので、容量を増加させることができる。
【0079】
次いで、上部電極24上に、酸化シリコン膜25をCVD法により堆積した後、第1層配線M1および第2層配線M2が形成されるが、これらの形成工程は、図13〜図17を参照しながら説明した実施の形態1の場合と同様であるためその説明を省略する。
【0080】
(実施の形態3)
本実施の形態のSRAMの製造方法を図23および図24を用いて説明する。なお、図2〜図10を用いて説明した酸化シリコン膜21の表面のエッチング工程までは、実施の形態1の場合と同様であるためその説明を省略する。
【0081】
まず、実施の形態1で説明した図10に示す半導体基板1を準備し、図23に示すように、酸化シリコン膜21、プラグP1および配線MD2上に、スパッタ法によりTiN膜を堆積し、パターニングすることによって、配線MD1、MD2上に下部電極22を形成する。この際、配線MD1、MD2の表面と酸化シリコン膜21の表面との間に段差が生じているため、下部電極22の表面にもこの段差に対応した段差が生じている。この下部電極22の形成領域は、配線MD1、MD2形成領域より大きい(図20と同様)。
【0082】
次いで、図24に示すように、下部電極22、酸化シリコン膜21およびプラグP1上に、窒化シリコン膜23を形成する。この窒化シリコン膜23は、下部電極22と後述する上部電極24との間に形成され、容量絶縁膜となる。
【0083】
次に、窒化シリコン膜23上に、スパッタ法によりTiN膜を堆積し、パターニングすることによって、配線MD1、MD2上および負荷用MISFETQp1、Qp2のソース上のプラグP1上に延在する上部電極24を形成する(図22と同様)。この上部電極24は、転送用MISFETQt1、Qt2の一端(データ線と接続される側)上のプラグP1および駆動用MISFETQd1、Qd2のソース上のプラグP1上に延在しないようパターニングする。
【0084】
以上の工程により下部電極22と、窒化シリコン膜23と上部電極24とで構成される容量Cを形成することができる。
【0085】
このように、本実施の形態によれば、配線MD1、MD2と接続される容量Cを形成したので、SRAMのメモリセルに入射したα線によるソフトエラーを低減することができる。また、この際、下部電極22の表面には配線MD1、MD2の表面と酸化シリコン膜21の表面との間の段差に対応した段差が生じているため、この段差に沿って下部電極22および容量絶縁膜となる窒化シリコン膜23を形成することができ、容量を増加させることができる。また、この下部電極22形成領域を、配線MD1、MD2形成領域より大きくしたので、容量を増加させることができる。
【0086】
次いで、上部電極24上に、酸化シリコン膜25をCVD法により堆積した後、第1層配線M1および第2層配線M2が形成されるが、これらの形成工程は、図13〜図17を参照しながら説明した実施の形態1の場合と同様であるためその説明を省略する。
【0087】
(実施の形態4)
本実施の形態のSRAMの製造方法を図25および図26を用いて説明する。なお、図2〜図7を用いて説明した酸化シリコン膜21形成工程までは、実施の形態1の場合と同様であるためその説明を省略する。
【0088】
まず、実施の形態1で説明した図7に示す半導体基板1を準備し、図25に示すように、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチングで酸化シリコン膜21およびPSG膜20をドライエッチングし、続いて窒化シリコン膜17をドライエッチングすることによって、n+型半導体領域(ソース、ドレイン)およびp+型半導体領域18(ソース、ドレイン)上にコンタクトホールC1および配線溝HMを形成する。また、ゲート電極G上にコンタクトホールC1を形成する(図9と同じ)。図中の2つの配線溝のうち、一方の配線溝HMは、駆動用MISFETQd1のドレイン上から負荷用MISFETQp1のドレイン上を経由し、駆動用MISFETQd2のゲート電極上まで延在している。また、他方の配線溝HMは、駆動用MISFETQd2のドレイン上から負荷用MISFETQp2のドレイン上を経由し、駆動用MISFETQd1のゲート電極上まで延在している。
【0089】
次いで、コンタクトホールC1および配線溝HMの内部を含む酸化シリコン膜21の上部にスパッタ法により膜厚10nm程度のTi膜(図示せず)および膜厚50nm程度のTiN膜を順次し、500〜700℃で1分間熱処理を施す。次いでCVD法によりW膜を堆積する。この際、W膜の膜厚をコンタクトホールC1の半径より小さくする。次いで、Ti膜、TiN膜およびW膜を、酸化シリコン膜21の表面が露出するまでエッチバックもしくはCMPし、コンタクトホールC1および配線溝HM外部のTi膜、TiN膜およびW膜を除去する。この結果、コンタクトホールC1内に埋め込まれたプラグP1と、その上部に凹部aを有する配線MD1、MD2が形成される。
【0090】
次いで、図26に示すように、酸化シリコン膜21、プラグP1および配線MD2上に窒化シリコン膜23を形成する。この窒化シリコン膜23は、下部電極となる配線MD1、MD2と後述する上部電極24との間に形成され、容量絶縁膜となる。
【0091】
次に、窒化シリコン膜23上に、スパッタ法によりTiN膜を堆積し、パターニングすることによって、配線MD1、MD2上および負荷用MISFETQp1、Qp2のソース上のプラグP1上に延在する上部電極24を形成する(図22と同様)。この上部電極24は、転送用MISFETQt1、Qt2の一端(データ線と接続される側)上のプラグP1および駆動用MISFETQd1、Qd2のソース上のプラグP1上に延在しないようパターニングする。
【0092】
以上の工程により下部電極となる配線MD1、MD2と、窒化シリコン膜23と上部電極24とで構成される容量Cを形成することができる。
【0093】
このように、本実施の形態によれば、配線MD1、MD2と接続される容量Cを形成したので、SRAMのメモリセルに入射したα線によるソフトエラーを低減することができる。また、コンタクトホールC1の半径より小さい膜厚のW膜を用いて配線MD1、MD2を形成したので、配線MD1、MD2の上部に凹部aが形成され、この凹部aに沿って容量絶縁膜となる窒化シリコン膜23を形成することができるため、容量を増加させることができる。
【0094】
次いで、上部電極24上に、酸化シリコン膜25をCVD法により堆積した後、第1層配線M1および第2層配線M2が形成されるが、これらの形成工程は、図13〜図17を参照しながら説明した実施の形態1の場合と同様であるためその説明を省略する。
【0095】
なお、本実施の形態において、プラグP1および配線MD1、MD2形成後、実施の形態1のように酸化シリコン膜21の表面をエッチングした後、窒化シリコン膜23を形成してもよい。この場合、前記エッチングにより露出した配線MD1、MD2の側壁に沿って窒化シリコン膜23が形成されるため、さらに、容量を大きくすることができる。
【0096】
また、容量を大きくするため、配線MD1、MD2形成後、実施の形態2のように、これらの配線上に下部電極22を形成した後、窒化シリコン膜23を形成してもよい。また、プラグP1および配線MD1、MD2形成後、実施の形態3のように、酸化シリコン膜21の表面をエッチングし、下部電極22を形成した後、窒化シリコン膜23を形成してもよい。
【0097】
(実施の形態5)
本実施の形態5(実施の形態2〜4についても同様)においては、上部電極24に、プラグP2(負荷用MISFETQp1およびQp2のソースと接続されている)の側壁を介して、電源電位(Vcc)を供給したが、このプラグP2の底面を介して、電源電位(Vcc)を供給することもできる。
【0098】
本実施の形態のSRAMの製造方法を図27〜図32を用いて説明する。なお、図2〜図10を用いて説明した酸化シリコン膜21の表面のエッチング工程までは、実施の形態1の場合と同様であるためその説明を省略する。
【0099】
まず、実施の形態1で説明した図10に示す半導体基板1を準備し、図27に示すように、酸化シリコン膜21、プラグP1および配線MD2上に窒化シリコン膜23を形成する。この窒化シリコン膜23は、下部電極となる配線MD1、MD2と後述する上部電極24との間に形成され、容量絶縁膜となる。
【0100】
次に、図28および図29に示すように、負荷用MISFETのソース上のプラグP1上の窒化シリコン膜23を除去し、開口部OP1を形成する。
【0101】
次いで、図30および図31に示すように、開口部OP1内を含む窒化シリコン膜23上に、スパッタ法によりTiN膜を堆積し、パターニングすることによって、配線MD1、MD2上および負荷用MISFETQp1、Qp2のソース上のプラグP1の上部に延在する上部電極24を形成する。この上部電極24は、転送用MISFETQt1、Qt2の一端(データ線と接続される側)上のプラグP1および駆動用MISFETQd1、Qd2のソース上のプラグP1上に延在しないようパターニングする。
【0102】
以上の工程により下部電極となる配線MD1、MD2と、窒化シリコン膜23と上部電極24とで構成される容量Cを形成することができる。
【0103】
次いで、図32に示すように、上部電極24上に、酸化シリコン膜25をCVD法により堆積する。次いで、プラグP1の上部の酸化シリコン膜25をエッチングにより除去することによりコンタクトホールC2を形成する。
【0104】
このように、本実施の形態においては、負荷用MISFETQp1、Qp2のソース上のプラグP1の窒化シリコン膜23を、あらかじめ除去しているため、このプラグP1上部の酸化シリコン膜25のみを除去すればよく、このプラグP1上のコンタクトホールC2を容易に形成することができる。
【0105】
また、このプラグP1とコンタクトホールC2との間に合わせずれが生じても上部電極24を介してプラグP1とコンタクトホールC2内に形成されるプラグP2とが接続されるため、プラグP1とP2との導通不良を低減することができる。また、ゲート電極GとプラグP2のショートに対するマージンを確保することができる。
【0106】
次いで、酸化シリコン膜25上に、第1層配線M1および第2層配線M2が形成されるが、これらの配線の形成工程は、図15〜図17を参照しながら説明した実施の形態1の場合と同様であるためその説明を省略する。
【0107】
なお、実施の形態2〜4の場合についても、同様に、負荷用MISFETQp1、Qp2のソース上のプラグP1の窒化シリコン膜23を除去し、開口部OP1を形成した後、上部電極24およびプラグP2を形成すれば、前述の効果を得ることができる。
【0108】
(実施の形態6)
本実施の形態6(実施の形態2〜4についても同様)においては、メモリセル約1個分の領域について説明したが、本発明を、メモリセルアレイに適用する場合について説明する。
【0109】
図33に示すように、メモリセルMCは、データ線対(DL、/DL)とワード線WLとの交点に、マトリクス状に配置されている。また、メモリセルアレイ中には、通常のメモリセルの他、冗長救済用のメモリセルが形成されている。この冗長救済用のメモリセルも、データ線対(DL、/DL)とワード線WLとの交点に配置され、通常のメモリセル中に不良が発生した場合は、これと同一のデータ線(DL、/DL)に接続されたメモリセル列を、ヒューズ(FUSE)を切断することにより冗長救済用のメモリセル列に置き換えている。図34に、チップ上に配置されたメモリセルアレイのレイアウトを示す。図34に示すように、メモリセルアレイは、複数のメモリマットで構成されている。このメモリセルアレイの周辺には、入力バッファ(入力Buf.)、出力回路およびFUSE等の周辺回路が配置されている。なお、前述の冗長救済用のメモリセル列は、すべてのメモリマット中に形成されている必要はない。
【0110】
図35は、本実施の形態のSRAMを示す半導体基板の要部平面図である。図中には、縦横2個ずつのメモリセルMC11、MC12、MC21、MC22が配置されている。メモリセルMC11、MC21は、図2〜図17を用いて説明した実施の形態1のメモリセルと同じ構成であるため、その説明を省略する。また、メモリセルMC21、MC22は、図中のB−Bに対して、メモリセルMC11、MC12と対象な構造となっている。図示はしないが、図中のC−Cに対してメモリセルMC11およびMC12と対象なメモリセルが配置され、また、図中のC−Cに対してメモリセルMC21およびMC22と対象なメモリセルが配置される。
【0111】
ここで、メモリセルMC11、MC12の上部電極24は、接続されている。また、メモリセルMC21、MC22の上部電極24も、接続されている。また、一対のデータ線対(DL、/DL)に接続されたメモリセル(MC11、MC12)の上部電極24と、他のデータ線対(DL、/DL)に接続されたメモリセル(MC21、MC22)の上部電極24とは、独立している(接続されていない)。
【0112】
このように、データ線対(DL、/DL)毎に、上部電極24を分割すれば、同一のデータ線対(DL、/DL)に接続されたメモリセル列毎の冗長救済を、容易に行うことができる。
【0113】
なお、実施の形態2〜4の場合についても、同様に、データ線対(DL、/DL)毎に、上部電極24を分割すれば、同一のデータ線対(DL、/DL)に接続されたメモリセル列毎の冗長救済を、容易に行うことができる。
【0114】
また、同一のワード線対(WL)に接続されたメモリセル行毎に、冗長救済を行う場合には、ワード線(WL)毎に、上部電極24を分割すればよい。また、メモリセル毎(1ビット毎)に、冗長救済を行う場合には、メモリセル毎に、上部電極24を分割すればよい。
【0115】
(実施の形態7)
本実施の形態7(実施の形態2〜4についても同様)においては、上部電極24に、電源電位(Vcc)を供給し、図1中の蓄積ノードAもしくはBと電源電位(Vcc)との間に容量Cを形成したが、図1中の蓄積ノードAB間に容量を形成することもできる。
【0116】
本実施の形態のSRAMの製造方法を図36〜図46を用いて説明する。なお、図2〜図10を用いて説明した酸化シリコン膜21の表面のエッチング工程までは、実施の形態1の場合と同様であるためその説明を省略する。
【0117】
まず、実施の形態1で説明した図10に示す半導体基板1を準備し、図36、図37および図38に示すように、酸化シリコン膜21、プラグP1および配線MD1、MD2上に窒化シリコン膜23を形成する。この窒化シリコン膜23は、下部電極となる配線MD1、MD2と後述する上部電極24との間に形成され、容量絶縁膜となる。図38は、本実施の形態のSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。また、図36および図37は、それぞれ図38中のA−A断面、D―D断面と対応する。
【0118】
次に、配線MD1上の窒化シリコン膜23を除去し、開口部OP2を形成する。
【0119】
次いで、図39、図40に示すように、開口部OP2内を含む窒化シリコン膜23上に、スパッタ法によりTiN膜を堆積し、パターニングすることによって、配線MD1、MD2の上部に延在する上部電極24を形成する。この上部電極24は、開口部OP2を介して配線MD1と接続される。
【0120】
以上の工程により下部電極となる配線MD2と、窒化シリコン膜23と配線MD1に接続された上部電極24とで構成される容量Cを形成することができる。この容量Cは、図1中の蓄積ノードAB間に接続される容量となる。
【0121】
このように、本実施の形態によれば、下部電極となる配線MD2と、窒化シリコン膜23と配線MD1に接続された上部電極24とで容量Cを形成したので、SRAMのメモリセルに入射したα線によるソフトエラーを低減することができる。また、本実施の形態のように、図1中の蓄積ノードAB間に容量を形成した場合は、図1中の蓄積ノードAもしくはBと電源電位(Vcc)との間に容量Cを形成した場合と比較し、臨界電荷量(C)が、大きくなる。
【0122】
図47は、蓄積ノード(AもしくはB)にノイズ(電流)パルスを加えた場合に、蓄積ノードに保持されているデータが反転する臨界電荷量をシミュレーションした結果である。グラフの横軸は、パルス幅(s)を示し、縦軸は、臨界電荷量(C)を示す。図47に示すように、容量Cを形成しない場合(a)に対し、蓄積ノードAB間に容量(2fF)を形成した場合(c)および蓄積ノードA(B)と電源電位(Vcc)との間に容量(2fF)を形成した場合(b)とも臨界電荷量は増加しているが、蓄積ノードA(B)と電源電位(Vcc)との間に容量を形成した場合(b)より、蓄積ノードAB間に容量を形成した場合(c)の方が、臨界電荷量は、大きい。例えば、パルス幅20nmにおいては、(b)の場合の容量が、(a)の場合より2.4fC大きいのに対し、(c)の場合の容量は、(a)の場合より3.5fC大きく、約1.5倍の効果がある。
【0123】
次いで、上部電極24上に、酸化シリコン膜をCVD法により堆積した後、第1層配線M1および第2層配線M2が形成されるが、これらの工程は、図13〜図17を参照しながら説明した実施の形態1の場合と同様であるためその説明を省略する。なお、図40に示すように、上部電極24は、負荷用MISFETQp1およびQp2のソース上まで延在していないため、負荷用MISFETQp1およびQp2のソース上のプラグP1、P2と上部電極24は接続されない。
【0124】
なお、実施の形態4の場合(下部電極22を形成しない場合)についても、同様に、配線MD1上の窒化シリコン膜23を除去し、開口部OP2を形成した後、この開口部OP2内を含む窒化シリコン膜23上に、上部電極24を形成することによって、図1中の蓄積ノードAB間に容量を形成することができる。
【0125】
また、下部電極22を有する実施の形態2および3の場合について、以下に説明する。
【0126】
まず、実施の形態1で説明した図8に示す半導体基板1を準備し、図41、図42に示すように、酸化シリコン膜21、プラグP1および配線MD1、MD2上に、スパッタ法によりTiN膜を堆積し、パターニングすることによって、配線MD1、MD2上に下部電極22a、22bを形成する。この下部電極22a、22bの形成領域は、それぞれ配線MD1、MD2形成領域より大きい。この図42は、本実施の形態のSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。図41は、図42中のD―D断面と対応する。
【0127】
次いで、下部電極22a、22bおよび酸化シリコン膜21上に、窒化シリコン膜23を形成する。この窒化シリコン膜23は、下部電極22a、22bと後述する上部電極24との間に形成され、容量絶縁膜となる。
【0128】
次に、図43および図44に示すように、配線MD1上の窒化シリコン膜23を除去し、開口部OP2を形成する。
【0129】
次いで、図45および図46に示すように、開口部OP2内を含む窒化シリコン膜23上に、スパッタ法によりTiN膜を堆積し、パターニングすることによって、配線MD1、MD2の上部に延在する上部電極24を形成する。この上部電極24は、開口部OP2を介して配線MD1上の下部電極22aと接続される。
【0130】
以上の工程により下部電極22bと、窒化シリコン膜23と配線MD1に接続された上部電極24とで構成される容量Cを形成することができる。この容量Cは、図1中の蓄積ノードAB間に接続される容量となる。
【0131】
また、実施の形態3の場合についても同様に、配線MD1、MD2上の下部電極22a、22bのうち下部電極22a上の窒化シリコン膜23を除去し、開口部OP2を形成した後、この開口部OP2内を含む窒化シリコン膜23上に、上部電極24を形成することによって、図1中の蓄積ノードAB間に容量を形成することができる。また、実施の形態4の下部電極22を形成する場合についても同様である。
【0132】
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。
【産業上の利用可能性】
【0133】
以上のように、本発明は、パソコンやワークステーション用のキャッシュメモリをはじめ、携帯電話等の移動体通信機器、メモリカードおよびICカードなどに搭載する半導体集積回路装置に適用して特に有効な技術である。
【図面の簡単な説明】
【0134】
【図1】本発明の実施の形態1であるSRAMのメモリセルを示す等価回路図である。
【図2】本発明の実施の形態1であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図3】本発明の実施の形態1であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図4】本発明の実施の形態1であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図5】本発明の実施の形態1であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図6】本発明の実施の形態1であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図7】本発明の実施の形態1であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図8】本発明の実施の形態1であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図9】本発明の実施の形態1であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図10】本発明の実施の形態1であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図11】本発明の実施の形態1であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図12】本発明の実施の形態1であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図13】本発明の実施の形態1であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図14】本発明の実施の形態1であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図15】本発明の実施の形態1であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図16】本発明の実施の形態1であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図17】本発明の実施の形態1であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図18】本発明の効果を説明するための図である。
【図19】本発明の実施の形態2であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図20】本発明の実施の形態2であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図21】本発明の実施の形態2であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図22】本発明の実施の形態2であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図23】本発明の実施の形態3であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図24】本発明の実施の形態3であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図25】本発明の実施の形態4であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図26】本発明の実施の形態4であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図27】本発明の実施の形態5であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図28】本発明の実施の形態5であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図29】本発明の実施の形態5であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図30】本発明の実施の形態5であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図31】本発明の実施の形態5であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図32】本発明の実施の形態5であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図33】本発明の実施の形態6であるSRAMのメモリセルの配置を示す図である。
【図34】本発明の実施の形態6であるSRAMのメモリセルアレイの配置を示す図である。
【図35】本発明の実施の形態6であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図36】本発明の実施の形態7であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図37】本発明の実施の形態7であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図38】本発明の実施の形態7であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図39】本発明の実施の形態7であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図40】本発明の実施の形態7であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図41】本発明の実施の形態7であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図42】本発明の実施の形態7であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図43】本発明の実施の形態7であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図44】本発明の実施の形態7であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図45】本発明の実施の形態7であるSRAMの製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図46】本発明の実施の形態7であるSRAMの製造方法を示す基板の要部平面図である。
【図47】本発明の効果を説明するための図である。
【図48】本発明の課題を説明するための図である。
【符号の説明】
【0135】
1 半導体基板
2 素子分離
3 p型ウエル
4 n型ウエル
5 酸化シリコン膜
8 ゲート酸化膜
9 多結晶シリコン膜
14 p型半導体領域
16 サイドウォールスペーサ
17 窒化シリコン膜
18 p型半導体領域
19 CoSi
20 PSG膜
21 酸化シリコン膜
22 下部電極
22a 下部電極
22b 下部電極
23 窒化シリコン膜
24 上部電極
25 酸化シリコン膜
27 酸化シリコン膜
A 蓄積ノード
B 蓄積ノード
An1 活性領域
An2 活性領域
Ap1 活性領域
Ap2 活性領域
C 容量
C1 コンタクトホール
C2 コンタクトホール
C3 コンタクトホール
DL、/DL データ線
G ゲート電極
HM 配線溝
INV1 CMOSインバータ
INV2 CMOSインバータ
M1 第1層配線
M2 第2層配線
MC メモリセル
MC11、MC12 メモリセル
MC21、MC22 メモリセル
MD1 配線
MD2 配線
OP1 開口部
OP2 開口部
P1 プラグ
P2 プラグ
P3 プラグ
Qd1 駆動用MISFET
Qd2 駆動用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
a 凹部
Vcc 電源電圧
Vss 基準電圧

【特許請求の範囲】
【請求項1】
一対の相補性データ線とワード線との交差部に配置された第1および第2の転送用MISFETと、第1および第2の駆動用MISFETと、第1および第2の負荷用MISFETとを有し、前記第1の駆動用MISFETおよび前記第1の負荷用MISFETと、前記第2の駆動用MISFETおよび前記第2の負荷用MISFETとが交差結合したメモリセルを有する半導体集積回路装置であって、
前記第1および第2の転送用MISFETと、前記第1および第2の駆動用MISFETと、前記第1および第2の負荷用MISFETとは、半導体基板の主面に形成され、
前記第1および第2の転送用MISFETのソースおよびドレイン領域と、前記第1および第2の駆動用MISFETのソースおよびドレイン領域と、前記第1および第2の負荷用MISFETのソースおよびドレイン領域とは、前記半導体基板内に形成され、
前記半導体基板上に形成された第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜に形成された第1開口部とを有し、
前記第1開口部の側壁および底部には、前記第1開口部の側壁および底部に沿って形成された第1導電性膜を下部電極とし、前記第1導電性膜の上部に形成された第2絶縁膜を容量絶縁膜とし、前記第2絶縁膜の上部に形成された第2導電性膜を上部電極とする第1容量素子が形成され、
前記下部電極は、前記第1の駆動用MISFETのドレイン、前記第1の負荷用MISFETのドレイン、前記第2の駆動用MISFETのゲート電極および前記第2の負荷用MISFETのゲート電極を電気的に接続して前記メモリセルの第1の蓄積ノードを形成し、前記第2の駆動用MISFETのドレイン、前記第2の負荷用MISFETのドレイン、前記第1の駆動用MISFETのゲート電極および前記第1の負荷用MISFETのゲート電極を電気的に接続して前記メモリセルの第2の蓄積ノードを形成し、
前記第1容量素子は、前記第1の蓄積ノードおよび前記第2の蓄積ノードと電源電圧線との間、前記第1の蓄積ノードおよび前記第2の蓄積ノードと基準電圧線との間、もしくは前記第1の蓄積ノードと前記第2の蓄積ノードとの間に電気的に接続されていることを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項2】
請求項1記載の半導体集積回路装置において、
前記第1開口部は、前記第1および第2の駆動用MISFETのゲート電極と、前記第1および第2の負荷用MISFETのドレインとに達していることを特徴とする半導体集積回路装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【図22】
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【図23】
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【図24】
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【図25】
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【図26】
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【図27】
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【図28】
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【図29】
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【図30】
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【図31】
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【図32】
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【図33】
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【図34】
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【図35】
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【図36】
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【図37】
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【図38】
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【図39】
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【図40】
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【図41】
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【図42】
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【図43】
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【図44】
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【図45】
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【図46】
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【図47】
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【図48】
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【公開番号】特開2009−38396(P2009−38396A)
【公開日】平成21年2月19日(2009.2.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−268565(P2008−268565)
【出願日】平成20年10月17日(2008.10.17)
【分割の表示】特願2006−35994(P2006−35994)の分割
【原出願日】平成13年12月26日(2001.12.26)
【出願人】(503121103)株式会社ルネサステクノロジ (4,790)
【Fターム(参考)】