JPH02237062A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH02237062A
JPH02237062A JP1056048A JP5604889A JPH02237062A JP H02237062 A JPH02237062 A JP H02237062A JP 1056048 A JP1056048 A JP 1056048A JP 5604889 A JP5604889 A JP 5604889A JP H02237062 A JPH02237062 A JP H02237062A
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conductive layer
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drain diffusion
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Noriaki Sato
佐藤 典章
Kazunori Imaoka
今岡 和典
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体装置の製造方法、特にスタティック形RAMの高
集積化した半導体メモリセルを有する半導体装置の改良
に関し、 メモリセルの寸法を減少でき、SRAMの高集積化に適
した半導体装置の製造方法を提供することを目的とし、 SRAMセルにおいて、第IN目導電層を形成する工程
と、該第1層目導電層をマスクとしてソース・ドレイン
拡散層を形成する工程と、その後〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法、特にスタティック形R
AM (以下、S R A M (Static Ra
ndom^ccess Memory)と言う)の高集
積化した半導体メモリセルを有する半導体装置の改良に
関する。
〔従来の技術〕
半導体メモリのうち、SRAMは、任意の番地のデータ
の読出し及び書込みを同一サイクル時間で行え、所定の
電源電圧が維持されている限りデータが保持されるメモ
リである。このSRAMのメモリセルは、例えば、二つ
のインバータでフリップフロップを構成し、このフリッ
プフロップとビット線を接続するためにスイッチングト
ランジスタ2個を備えている.このメモリセルを構成す
るフリップフロップには種々の方式があるが、インバー
タの負荷としてポリシリコン抵抗を利用した高抵抗負荷
方式は、このポリシリコン抵抗をMOSトランジスタの
上層に重ねて形成できるため、メモリセルサイズを小さ
くでき、微細化、高集積化に適している. 第7図は従来のメモリセルの平面図、第8図は第7図の
A−A”線断面図、第9図は第8図の部分拡大断面図で
ある。このメモリセルは、高抵抗負荷方式について示し
ている。
第7図の平面図において、Q.,Qtはスイッチングト
ランジスタであり、そのゲート電極を形成するポリシリ
コン層がワード線(11L)となる。また、Q, 、Q
.はインバータの駆動トランジスタである.高抵抗負荷
領域は2層目のポリシリコン層(図において点線で囲ま
れる領域)で形成され、この2層目のポリシリコン層の
高抵抗負荷領域以外の部分には、不純物がドープされて
低抵抗領域としてメモリセル内の配線として使用されて
いる。
電源配線は、2層目のポリシリコン層で形成され、また
接地用配線は、拡散!(図において一点鎖線で囲まれる
領域)で形成されている。
第8図及び第9図の断面図において、例えば、n形の基
板61上には、p形ウェルが形成され、このウェル内に
メモリセル用のn形MOSが形成される。すなわち、6
2は素子分離用酸化膜、63はソース・ドレイン拡散層
、64はゲート酸化膜、65はゲート電極、66は第1
層目のポリシリコン層から成る第1層目導電層、67は
絶縁膜、68は2層目のポリシリコン層で高抵抗負荷領
域69と低抵抗領域70から成り、この2層目のポリシ
リコンIJ68は、ソース・ドレイン拡散層63と1層
目のポリシリコン層66とのコンタクトをとるため、こ
のコンタクトSM域のみイオン注入(例えば、不純物イ
オンとしてAs+を、エネルギー60KeV ,  ド
ーズ量8E15cm−2の条件で注入)により低抵抗領
域70を形成し、その他の領域は高抵抗負荷領域69と
している.図において、d寸法は、1層目のポリシリコ
ン層から成る第1層目導電層66と2層目ポリシリコン
層68のコンタクト部分を示す。なお、図中、71はア
ルミニュウム(Aj)配線、72は保護膜である。上記
構成のメモリセルは、第10図に示す高抵抗負荷方式の
等価回路図になる。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来例のSRAMのメモリセルでは、2層目ポリシリコ
ン層68に高抵抗負荷領域69と低抵抗領域70とを形
成しているため、以下の問題点があった。
■ イオン注入後の各種熱処理により、不純物イオンが
低抵抗領域70側から高抵抗負荷領域69側に横方向拡
散し、実効的な負荷抵抗頷域を狭めていた。このため、
十分な高抵抗負荷領域69を確保するには、横方向拡散
を考慮した長さが必要となり、メモリセルの微細化の障
害になっていた。
■ コンタクト領域(低抵抗領域70)が抵抗として機
能しないため、実効的負荷領域を制限していた。このた
め、メモリセルの微細化が困難になっていた。
そこで本発明は、メモリセルの寸法を減少でき、SRA
Mの高集積化に適した半導体装置の製造方法を提供する
ことを目的とする. 〔課題を解決するための手段〕 上記課題は、SRAMセルにおいて、第1層目導電層を
形成する工程と、該第1層目導電層をマスクとしてソー
ス・ドレイン拡散層を形成する工程と、全面に絶縁膜を
形成し、該絶縁膜の一部を開口し、前記ソース・ドレイ
ン拡散層及び第1層目導電層の一部を露出させる工程と
、前記露出したソース・ドレイン拡散層及び第1層目導
電層上に拡散防止層を形成する工程と、該拡散防止層の
全部または一部を覆う高抵抗負荷層を形成する工程を含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法によって達成
される。
〔作用〕
本発明によれば、ソース・ドレイン拡散層と第1層目導
電層とを接続するため、直接あるいは低抵抗ポリシリコ
ン層を介して拡散防止層を形成し、その拡散防止層上に
高抵抗負荷層を形成することで、高抵抗負荷領域を従来
よりも大きく配設することができ、メモリセル寸法を減
少でき、SRΔMの高集積化に貢献できる. 〔実施例〕 以下、本発明を図示の一実施例により具体的に説明する
第1図は本発明第一実施例のメモリセル部分の断面図で
ある。
同図において、11は基板、12は素子分離用酸化膜、
13はソース・ドレイン拡散層、l4はゲート酸化膜、
15は第1層目ポリシリコン層で形成されるゲート電極
、16は同じ第1層目ポリシリコン膜からなる第1層目
導電層、17は絶縁膜、18は第2層目ポリシリコン膜
からなる高抵抗負荷層であり、高抵抗負荷層18の下側
のソース・ドレイン拡散層13と第1層目導電層16の
表面に低抵抗の第2層目導電層19が形成されている。
第2図(a)〜(e)は本発明第一実施例のメモリセル
部分の製造工程断面図である.なお、第1図に対応する
部分は同一の符号を記す(以下に述べる他の実施例につ
いても同様とする). まず、同図(a)に示すように、n形の基板11にp形
ウェルが形成され、このウェル内に選択酸化法などによ
る素子分離用酸化膜12、100〜200人程度の膜厚
のゲート酸化膜l4が形成され、その後全面に2000
〜3000人程度の膜厚の第1層目ポリシリコン膜が堆
積され、パターニングしてゲート電極l5と第1層目導
電層16が形成される.次に、同図(ロ)に示すように
、不純物としてAs”を、エネルギー60KeV 、ド
ーズ量8E15cm−”の条件でイオン注入した後、熱
処理によりソース・ドレイン拡散層l3を形成する。
次に、同図(C)に示すように、例えば化学気相成長法
(CVO法)により全面に絶縁膜17として酸化膜(S
i一島膜)を4000〜5000人程度の膜厚に堆積し
、この絶縁1!17にコンタクト孔20を開口する。こ
のコンタクト孔20は、ソース・ドレイン拡散層13の
表面が露出するとともに、第lN目導電層16の一部(
寸法d)が露出するように形成される。
次に、同図(ロ)に示すように、露出したソース・ドレ
イン拡散Jil3と第1層目導電層16の表面に低抵抗
の第2層目導電層19として、例えば、タングステン(
W)を500〜1000人程度の膜厚に選択成長法させ
る.この第235目導電層19は拡散防止層として機能
するものである。このときの、Wの選択成長条件は、六
フッ化タングステン(WF &) とモノシラン(Si
Hm)のガスを反応させてーを成長させる1段階法、又
は畦,と基板のシリコン(St)を反応させ次いで水素
ガスで還元する2段階法などが用いられる. 次に、同図(e)に示すように、全面に2000〜30
00人程度の膜厚の第2層目ポリシリコン膜を堆積し、
この第2層目ポリシリコン膜が第2層目導電層19上に
残るようエッチングして高抵抗負荷1i18を形成する
. 以下の工程は、SRAMセルを製造する通常の工程が用
いられる。
上記第一実施例のメモリセルによれば、選択成長したW
の第2層目導電層19は、ソース・ドレイン拡散層l3
と第1層目導電層16にオーミック接続し、同時に第2
層目ポリシリコン膜の第2層目導電層l9に接続される
。このため、従来のように第2層目ポリシリコン膜に低
抵抗負荷領域をイオン注入などで形成する必要がない。
また、コンタクト領域部分で高抵抗負荷領域が犠牲にさ
れることがな《、同時に熱処理などによる横方向拡散も
ないため高抵抗負荷領域が狭くなることもない。従って
、メモリセルの寸法を減少でき、SRAMの微細化、高
集積化が達成される。例えば、従来の2層目ポリシリコ
ン膜の長さが8μ一で、このうちコンタクト部分が3μ
麟であったが、本実施例によれば、この3μmだけ減少
でき、2層目ポリシリコン膜の長さを5μ一で済ますこ
とができた。
また、この実施例では、第2層目導電Nl9をWの選択
成長により形成しているため、フォトリソグラフィー工
程を一つ短縮することができる.第3図(a)及び(ロ
)は本発明第二実施例のメモリセル部分の製造工程断面
図である. まず、上記第一実施例の製造工程(a)〜(C)と同様
の工程を経た後、第3図(a)に示すように、全面に拡
散防止層として機能するW膜21をスパッタ法などで堆
積し、次に第3図(ロ)に示すように、W膜21をパタ
ーニングして第2層目導電N22を形成してから、第2
層目ポリシリコン膜を堆積してエッチングで高抵抗負荷
層23を形成する. 第4図(a)及び(ロ)は本発明第三実施例のメモリセ
ル部分の製造工程断面図である. まず、上記第一実施例の製造工程(a)〜(C)と同様
の工程を経た後、第4図(a)に示すように、全面に低
抵抗のポリシリコンJi31と第2層目導電層32とな
るWWl4をスバッタ法などで堆積し、次に第3図向に
示すように、ポリシリコン層31と第2層目導電層32
をパターニングしてから、第2層目ポリシリコン膜を堆
積してエッチングで高抵抗負荷層33を形成する. 上記第二及び第三実施例のメモリセルによれば、第2M
目導電N22.32上に高抵抗負荷層2θ,33が形成
されており、第一実施例と同様にメモリセルの寸法を減
少でき、SRAMの微細化、高集積化が達成される。
第5図は本発明第四実施例のメモリセル部分の製造工程
断面図である。
この実施例のメモリセルは、第一実施例の製造工程(a
)〜(C)と同様の工程を経た後、ソース・ドレイン拡
散層l3上のコンタクト孔20にポリシリコン層41を
埋め込み、このポリシリコン層41を低抵抗化処理を行
う。このようなポリシリコン[41の埋め込みは、例え
ば全面にポリシリコン層を堆積した後、エッチバックに
より行う。次に、露出したポリシリコン層41と第1層
目導電層16の表面にW膜を選択成長させて、拡散防止
膜となる第2層目導電層42を形成し、次いで第2層目
ポリシリコン膜を堆積して高抵抗負荷層43を形成する
第6図は本発明第五実施例のメモリセル部分の製造工程
断面図である。
この実施例のメモリセルは、第四実施例と同様に埋め込
みポリシリコンN41を形成した後、スパッタリング法
などでW膜を堆積し、バターニングにより第2層目導電
[51を形成し、次いで第2層目ポリシリコン膜を堆積
して高抵抗負荷N52を形成する。
上記第四及び第五実施例のメモリセルによれば、第一実
施例と同様にメモリセルの寸法を減少でき、SRAMの
微細化、高集積化が達成される。また、これらの実施例
では、埋め込みポリシリコン層41を形成することで、
段差が緩やかにでき、微細加工を容易にできる。さらに
、第四実施例では、ポリシリコン層41をエッチバック
で形成し、かつW膜を選択成長させるため、マスクを少
なくして工程を短縮できる。
なお、上記各実施例において、拡散防止膜としてW膜を
用いていたが、本発明の適用範囲はこれに限らず、例え
ばモリブデン(MO)、チタン(Ti)、コバルト(C
o)、ニッケル(Ni)、タンタル(Ta)などの金属
膜、又はメタルシリサイド(WSi, MoSiz、T
iSizなど)もしくはメタルナイトライド(TiNな
ど)であってもよく、不純物拡散を防止するものであれ
ばよい。例えば、WSiはWを堆積した後に熱処理を行
いSiと反応させることにより形成される。
〔発明の効果〕
以上説明した様に本発明によれば、ソース・ドレイン拡
散層と第1層目導電層とを接続するため、直接あるいは
低抵抗ポシリリコン層を介して拡散防止膜の役目を果た
す第2層目導電層を形成することで、高抵抗負荷領域を
従来よりも大きく配設することができ、メモリセル寸法
を減少でき、SRAMの高集積化に貢献できる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明第一実施例のメモリセル部分の断面図、 第2図(a)〜(e)は本発明第一実施例のメモリセル
部分の製造工程断面図、 第3図(a)及び(b)は本発明第二実施例のメモリセ
ル部分の製造工程断面図、 第4図(a)及びb)は本発明第三実施例のメモリセル
部分の製造工程断面図、 第5図は本発明第四実施例のメモリセル部分の製造工程
断面図、 第6図は本発明第五実施例のメモリセル部分の製造工程
断面図、 第7図は従来のメモリセルの平面図、 第8図は第7図のA−A’線断面図、 第9図は第8図の部分拡大断面図、 第10図は高抵抗負荷方式のメモリセルの等価回路図で
ある。 l7は絶縁膜、 18、23.33.43.52は高抵抗負荷層、20は
コンタクト孔、 21はW膜、 3l、41はポリシリコン層を示す。 特許出願人   富士通株式会社

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)SRAMセルにおいて、 第1層目導電層(16)を形成する工程と、該第1層目
    導電層(16)をマスクとしてソース・ドレイン拡散層
    (13)を形成する工程と、全面に絶縁膜(17)を形
    成し、該絶縁膜(17)の一部を開口し、前記ソース・
    ドレイン拡散層(13)及び第1層目導電層(16)の
    一部を露出させる工程と前記露出したソース・ドレイン
    拡散層(13)及び第1層目導電層(16)上に拡散防
    止層を形成する工程と、 該拡散防止層の全部または一部を覆う高抵抗負荷層(1
    8)を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  2. (2)前記拡散防止層を形成する工程は、前記露出した
    ソース・ドレイン拡散層(13)及び第1層目導電層(
    16)上に第2層目導電層(19、22)を形成するこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. (3)前記拡散防止層を形成する工程は、前記露出した
    ソース・ドレイン拡散層(13)及び第1層目導電層(
    16)上に低抵抗ポリシリコン層(31)を形成した後
    、該ポリシリコン層(31)上に第2層目導電層(32
    )を形成することを特徴とする請求項1記載の半導体装
    置の製造方法。
  4. (4)前記拡散防止層を形成する工程は、前記露出した
    ソース・ドレイン拡散層(13)上に低抵抗ポリシリコ
    ン層(41)を埋め込んだ後、該ポリシリコン層(41
    )及び第1層目導電層(16)上に第2層目導電層(4
    2、51)を形成することを特徴とする請求項1記載の
    半導体装置の製造方法。
  5. (5)前記2層目導電層(19、22、32、42、5
    1)は、W、Mo、Ti、Co、Ni、の金属膜のいず
    れか又はその合金、もしくはそれらのシリサイド、ナイ
    トライド化合物のいずれかであることを特徴とする請求
    項2、3又は4記載の半導体装置の製造方法。
  6. (6)前記高抵抗負荷層(18、23、33、43、5
    2)は、ノンドープのポリシリコン層であることを特徴
    とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
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