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JP2003273249A - Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device

Info

Publication number
JP2003273249A
JP2003273249A JP2002075124A JP2002075124A JP2003273249A JP 2003273249 A JP2003273249 A JP 2003273249A JP 2002075124 A JP2002075124 A JP 2002075124A JP 2002075124 A JP2002075124 A JP 2002075124A JP 2003273249 A JP2003273249 A JP 2003273249A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
forming
groove
dummy gate
gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002075124A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiko Ichinose
勝彦 一瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2002075124A priority Critical patent/JP2003273249A/en
Publication of JP2003273249A publication Critical patent/JP2003273249A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダマシンゲートプロセスを用いてカップリン
グ容量を備えたSRAMメモリセルを製造し、SRAM
の性能向上および高信頼度化を図ることのできる技術を
提供する。 【解決手段】 半導体基板1上にゲート溝18を形成し
た後、ゲート溝18の内部に高誘電率材料19からなる
ゲート絶縁膜および金属膜20からなるゲート電極を埋
め込んでSRAMメモリセルを構成する負荷用MISF
ETQp2を形成し、さらに上記高誘電率材料19によ
ってカップリング容量C1の容量絶縁膜を形成する。
(57) Abstract: An SRAM memory cell having a coupling capacitance is manufactured by using a damascene gate process.
Provide technology that can improve the performance and reliability of SOLUTION: After forming a gate groove 18 on a semiconductor substrate 1, an SRAM memory cell is formed by embedding a gate insulating film made of a high dielectric constant material 19 and a gate electrode made of a metal film 20 inside the gate groove 18. Load MISF
ETQp 2 is formed, and a high-dielectric-constant material 19 is used to form a capacitive insulating film of the coupling capacitance C 1 .

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置の製造技術に関し、特に、ゲート絶縁膜が高誘電率材
料で構成され、ゲート電極が低抵抗金属で構成されるM
ISFET(metal insulator semiconductor field ef
fect transistor)を備えたSRAM(static random a
ccess 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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manufacturing technology of a semiconductor integrated circuit device, and in particular, an M in which a gate insulating film is made of a high dielectric constant material and a gate electrode is made of a low resistance metal
ISFET (metal insulator semiconductor field ef)
SRAM (static random a) with fect transistor
The present invention relates to a technique effectively applied to a semiconductor integrated circuit device having a ccess memory).

【0002】[0002]

【従来の技術】IEDM98(High Performance Metal
Gate MOSFETs Fabricated by CMP for0.1μm Regime)に
は、化学的機械研磨(CMP)技術を利用したダマシン
ゲートプロセスの一例が開示されている。
2. Description of the Related Art IEDM98 (High Performance Metal
Gate MOSFETs Fabricated by CMP for 0.1 μm Regime) discloses an example of a damascene gate process using a chemical mechanical polishing (CMP) technique.

【0003】上記文献に記載されたダマシンゲートプロ
セスは、まず半導体基板上にダミーのゲート絶縁膜とダ
ミーのゲート電極とを形成した後、半導体基板に拡散層
(ソース、ドレイン)を形成し、ゲート電極の上部に層
間絶縁膜を形成する。次に、ダミーのゲート電極を選択
的に除去した後、酸化タンタル膜からなるゲート絶縁膜
を堆積し、続いて半導体基板上に堆積したTiNとWの
積層膜をCMP法で研磨することにより、ダミーゲート
電極の除去によって生じた溝の内部にTiNとWの積層
膜からなるゲート電極を形成する。
In the damascene gate process described in the above document, first, a dummy gate insulating film and a dummy gate electrode are formed on a semiconductor substrate, then a diffusion layer (source, drain) is formed on the semiconductor substrate, and a gate is formed. An interlayer insulating film is formed on the electrodes. Next, after selectively removing the dummy gate electrode, a gate insulating film made of a tantalum oxide film is deposited, and subsequently, a laminated film of TiN and W deposited on the semiconductor substrate is polished by a CMP method. A gate electrode made of a laminated film of TiN and W is formed inside the groove formed by removing the dummy gate electrode.

【0004】上記のプロセスでは、拡散層(ソース、ド
レイン)を形成した後にゲート絶縁膜を形成するので、
ゲート絶縁膜やゲート電極形成後の工程の熱負荷を小さ
くでき、耐熱性の低い材料でゲート絶縁膜やゲート電極
を形成することができる。
In the above process, since the gate insulating film is formed after forming the diffusion layers (source and drain),
The heat load in the process after forming the gate insulating film and the gate electrode can be reduced, and the gate insulating film and the gate electrode can be formed of a material having low heat resistance.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以下は、本発明者によ
って検討されたダマシンゲートプロセスであり、その概
要は次のとおりである。
The following is a damascene gate process studied by the present inventor, the outline of which is as follows.

【0006】まず、基板上にダミーゲート絶縁膜および
ダミーゲートを形成し、続いてダミーゲートの両側の基
板にソース・ドレインを形成した後、基板上に層間絶縁
膜を形成する。次いで、たとえばCMP(chemical mec
hanical polishing)法を用いてダミーゲートの上面が
露出するまで層間絶縁膜を研磨し、さらにダミーゲート
およびダミーゲート絶縁膜を選択的に除去した後、ゲー
ト溝の内部にゲート絶縁膜およびゲート電極を埋め込
み、MISFETを形成する。ゲート絶縁膜は、たとえ
ば酸化タンタル膜で構成し、ゲート電極は、たとえばタ
ングステン膜で構成することができる。
First, a dummy gate insulating film and a dummy gate are formed on a substrate, and then, a source / drain is formed on the substrates on both sides of the dummy gate, and then an interlayer insulating film is formed on the substrate. Then, for example, CMP (chemical mec
The interlayer insulating film is polished until the upper surface of the dummy gate is exposed by using the hanical polishing method, and the dummy gate and the dummy gate insulating film are selectively removed. Then, the gate insulating film and the gate electrode are formed inside the gate trench. Buried and MISFET is formed. The gate insulating film can be made of, for example, a tantalum oxide film, and the gate electrode can be made of, for example, a tungsten film.

【0007】このようにダマシンゲートプロセスは、ソ
ース・ドレインを形成した後に、ゲート絶縁膜およびゲ
ート電極を形成するので、ゲート絶縁膜に耐熱性の低い
高誘電率材料を用いることができ、またゲート電極に耐
熱性の低い低抵抗金属膜、たとえばアルミニウム、銅ま
たはチタンなどを用いることができる。
As described above, in the damascene gate process, since the gate insulating film and the gate electrode are formed after forming the source / drain, a high dielectric constant material having low heat resistance can be used for the gate insulating film, and the gate insulating film can be used. A low resistance metal film having low heat resistance, such as aluminum, copper or titanium, can be used for the electrodes.

【0008】特に、ゲート絶縁膜に高誘電率材料を用い
ることにより、相対的に厚い膜厚でもゲート絶縁膜の容
量を増加することができて、ゲート絶縁膜に蓄積される
キャリア密度の増加によるMISFETの駆動能力の向
上や、物理膜厚の増加によるゲート絶縁膜のトンネルリ
ーク電流の低減を図ることができる。
In particular, by using a high dielectric constant material for the gate insulating film, the capacitance of the gate insulating film can be increased even if the film thickness is relatively large, and the carrier density accumulated in the gate insulating film is increased. It is possible to improve the driving capability of the MISFET and reduce the tunnel leak current of the gate insulating film due to the increase in the physical film thickness.

【0009】なお、ダマシンゲートプロセスを用いて形
成されたMISFETについては、たとえばアイ・イー
・ディ・エム(International Electron Device Meetin
gs."High Performance Metal Gate MOSFETs Fabricated
by CMP for 0.1μm Regime" 1998)に記載されてい
る。
Regarding the MISFET formed by using the damascene gate process, for example, International Electron Device Meetin
gs. "High Performance Metal Gate MOSFETs Fabricated
by CMP for 0.1 μm Regime "1998).

【0010】ところで、現在、SRAMのソフトエラー
対策として基板上にカップリング容量が設置されてい
る。さらに、素子の微細化に伴い、小さい面積で大きな
カップリング容量が必要とされるため、カップリング容
量を構成する容量絶縁膜の薄膜化や相対的に比誘電率の
高い材料の適用等が検討されている。上記容量絶縁膜に
は、たとえば熱CVD(chemical vapor deposition)
法で成膜されたシリコン窒化膜が用いられており、この
シリコン窒化膜は、比誘電率がシリコン酸化膜よりも大
きく、またプラズマCVD法で成膜されるよりもリーク
電流が小さいなどの利点を有している。
By the way, at present, a coupling capacitor is installed on a substrate as a measure against a SRAM soft error. Furthermore, as the element becomes finer, a large coupling capacitance is required in a small area, so we are considering thinning the capacitance insulating film that constitutes the coupling capacitance and applying materials with a relatively high dielectric constant. Has been done. The capacitive insulating film may be formed, for example, by thermal CVD (chemical vapor deposition).
The silicon nitride film formed by the method is used, and the silicon nitride film has advantages that the relative permittivity is larger than that of the silicon oxide film and the leak current is smaller than that formed by the plasma CVD method. have.

【0011】しかしながら、従来のSRAMの製造プロ
セスでは、基板上にMISFETを形成した後にカップ
リング容量部が形成される。このため、SRAMのMI
SFETの製造に前記ダマシンゲートプロセスを用いた
場合、耐熱性の低い高誘電率材料や低抵抗金属膜を形成
した後に、カップリング容量を構成する容量絶縁膜が形
成されることになり、容量絶縁膜に熱負荷の大きい熱C
VD法で成膜されたシリコン窒化膜を用いることができ
ない。
However, in the conventional SRAM manufacturing process, the coupling capacitance portion is formed after the MISFET is formed on the substrate. Therefore, the MI of SRAM
When the damascene gate process is used for manufacturing an SFET, a capacitive insulating film forming a coupling capacitor is formed after forming a high-dielectric constant material having low heat resistance and a low-resistance metal film. Heat C with a large heat load on the film
A silicon nitride film formed by the VD method cannot be used.

【0012】本発明の目的は、ダマシンゲートプロセス
を用いてカップリング容量を備えたSRAMメモリセル
を製造し、SRAMの性能向上および高信頼度化を図る
ことのできる技術を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a technique capable of manufacturing an SRAM memory cell having a coupling capacitance by using a damascene gate process and improving the performance and reliability of the SRAM.

【0013】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 be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
Among the inventions disclosed in the present application, a brief description will be given to the outline of typical ones.
It is as follows.

【0015】本発明は、基板上にゲート溝を形成した
後、ゲート溝の内部に高誘電率材料からなるゲート絶縁
膜および金属膜からなるゲート電極を埋め込んでSRA
Mメモリセルを構成するMISFETを形成し、さらに
上記高誘電率材料と同一層の材料によってカップリング
容量の容量絶縁膜を形成するものである。
According to the present invention, after the gate groove is formed on the substrate, a gate insulating film made of a high dielectric constant material and a gate electrode made of a metal film are embedded in the gate groove to form the SRA.
The MISFET forming the M memory cell is formed, and the capacitive insulating film having the coupling capacitance is formed by using the material of the same layer as the high dielectric constant material.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において、同一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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In all the drawings for explaining the embodiments, members having the same function are designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.

【0017】(実施の形態1)図1は、本発明の一実施
の形態であるフリップフロップ回路、転送用MISFE
Tおよびカップリング容量によって構成されるSRAM
メモリセルを示す等価回路図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a flip-flop circuit, which is an embodiment of the present invention, and a transfer MISFE.
SRAM composed of T and coupling capacitance
It is an equivalent circuit diagram showing a memory cell.

【0018】メモリセルは、2個のnチャネルMISF
ET(駆動用MISFETQd1,Qd2)と2個のpチ
ャネルMISFET(負荷用MISFETQp1,Q
2)とからなる一対のCMOS(Complementary Metal
Oxide Semiconductor)インバータINV1,INV2
構成され、1ビットの情報を記憶するフリップフロップ
回路を含んでいる。
The memory cell comprises two n-channel MISFs.
ET (driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 ) and two p-channel MISFETs (load MISFETs Qp 1 and Qd)
p 2 ) and a pair of CMOS (Complementary Metal)
Oxide Semiconductor) includes inverters INV 1 and INV 2 and includes a flip-flop circuit that stores 1-bit information.

【0019】このフリップフロップ回路の一方の入出力
端子(記憶ノード)は転送用MISFETQt1のソー
スに接続され、他方の入出力端子(記憶ノード)は転送
用MISFETQt2のソースに接続され、相互の入出
力端子間にはカップリング容量C1,C2が結合されてい
る。さらに転送用MISFETQt1,Qt2のドレイン
はデータ線DL1,DL2にそれぞれ接続されている。
One of the input / output terminals (storage node) of this flip-flop circuit is connected to the source of the transfer MISFET Qt 1 , and the other input / output terminal (storage node) is connected to the source of the transfer MISFET Qt 2 and is mutually connected. Coupling capacitors C 1 and C 2 are coupled between the input and output terminals. Further, the drains of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 are connected to the data lines DL 1 and DL 2 , respectively.

【0020】また、フリップフロップ回路の一端(負荷
用MISFETQp1,Qp2のそれぞれのソース)は電
源電圧Vccに接続され、他端(駆動用MISFETQ
1,Qd2のそれぞれのソース)は基準電圧Vssに接
続されている。電源電圧Vccは、たとえば1.2Vで
あり、基準電圧Vssは、たとえば0V(GND電位)
である。
Further, one end (the source of each of the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 ) of the flip-flop circuit is connected to the power supply voltage Vcc, and the other end (driving MISFET Q).
The sources of d 1 and Qd 2 ) are connected to the reference voltage Vss. Power supply voltage Vcc is, for example, 1.2V, and reference voltage Vss is, for example, 0V (GND potential).
Is.

【0021】図2は、本発明の一実施の形態であるSR
AMメモリセルの略1個分の具体的な構成を示す半導体
基板の要部平面図である。
FIG. 2 shows an SR according to an embodiment of the present invention.
It is a principal part top view of the semiconductor substrate which shows the specific structure of about one AM memory cell.

【0022】メモリセルを構成する6個のMISFET
は、半導体基板の主面上に設けられた活性領域Lに形成
されており、この活性領域Lは絶縁膜からなる素子分離
部でその周囲を囲まれている。nチャネル型で構成され
る駆動用MISFETQd1,Qd2および転送用MIS
FETQt1,Qt2はpウェルの活性領域、pチャネル
型で構成される負荷用MISFETQp1,Qp2はnウ
ェルの活性領域に形成される。
Six MISFETs constituting a memory cell
Is formed in an active region L provided on the main surface of the semiconductor substrate, and the active region L is surrounded by an element isolation portion made of an insulating film. Driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 and n-channel type transfer MIS
The FETs Qt 1 and Qt 2 are formed in the active region of the p-well, and the p-channel type load MISFETs Qp 1 and Qp 2 are formed in the active region of the n-well.

【0023】転送用MISFETQt1,Qt2は金属
膜、たとえばタングステン膜などからなるゲート電極F
1,FG2をそれぞれ有しており、ゲート電極FG1
FG2は高誘電率材料、たとえば酸化タンタル膜からな
るゲート絶縁膜上に形成されている。また、転送用MI
SFETQt1,Qt2のソース・ドレインはpウェルの
活性領域Lに形成されたn型半導体領域で構成されてい
る。
The transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 are gate electrodes F made of a metal film, for example, a tungsten film.
G 1 and FG 2 , respectively, and gate electrodes FG 1 and
FG 2 is formed on a gate insulating film made of a high dielectric constant material such as a tantalum oxide film. Also, transfer MI
The sources and drains of the SFETs Qt 1 and Qt 2 are composed of n-type semiconductor regions formed in the active region L of the p well.

【0024】CMOSインバータINV1を構成する駆
動用MISFETQd1と負荷用MISFETQp1
は、共通のゲート電極FG3を有し、CMOSインバー
タINV 2を構成する駆動用MISFETQd2と負荷用
MISFETQp2とは、共通のゲート電極FG4を有し
ており、これらゲート電極FG3,FG4は、上記ゲート
電極FG1,FG2と同様に金属膜で構成され、高誘電率
材料からなるゲート絶縁膜上に形成されている。駆動用
MISFETQd1,Qd2のソース・ドレインはpウェ
ルの活性領域Lに形成されたn型半導体領域で構成さ
れ、負荷用MISFETQp1,Qp2のソース・ドレイ
ンはnウェルの活性領域Lに形成されたp型半導体領域
で構成される。なお、ゲート電極FG1〜FG4のゲート
長Lgは、たとえば80nm程度、ゲート幅Wは、たと
えば200nm程度である。
CMOS inverter INV1Drive that composes
Dynamic MISFET Qd1And load MISFET Qp1When
Is a common gate electrode FG3With CMOS Inverter
INV 2MISFET Qd for driving2And for load
MISFETQp2And the common gate electrode FGFourHave
And these gate electrodes FG3, FGFourThe above gate
Electrode FG1, FG2It has a high dielectric constant because it is composed of a metal film like
It is formed on the gate insulating film made of a material. For drive
MISFET Qd1, Qd2Source and drain are p-way
Of the n-type semiconductor region formed in the active region L of the
MISFET for load Qp1, Qp2Source Dray
Is a p-type semiconductor region formed in the active region L of the n-well
Composed of. The gate electrode FG1~ FGFourThe gate of
The length Lg is, for example, about 80 nm, and the gate width W is
For example, it is about 200 nm.

【0025】さらに、上記ゲート電極FG3は、接続孔
CONT1内に埋め込まれた導電膜およびその下層に設
けられた局所配線L2を介して、CMOSインバータI
NV2の入出力端子(負荷用MISFETQp2のドレイ
ン、駆動用MISFETQd2のドレインおよび転送用
MISFETQt2のソース)に接続されている。同様
に、上記ゲート電極FG4は、接続孔CONT1内に埋め
込まれた導電膜およびその下層に設けられた局所配線L
1を介して、CMOSインバータINV1の入出力端子
(負荷用MISFETQp1のドレイン、駆動用MIS
FETQd1のドレインおよび転送用MISFETQt1
のソース)に接続されている。
Further, the gate electrode FG 3 is provided with the CMOS inverter I through the conductive film embedded in the connection hole CONT 1 and the local wiring L 2 provided thereunder.
It is connected to the input / output terminal of NV 2 (the drain of the load MISFET Qp 2 , the drain of the driving MISFET Qd 2 and the source of the transfer MISFET Qt 2 ). Similarly, the gate electrode FG 4 is formed of the conductive film embedded in the connection hole CONT 1 and the local wiring L provided therebelow.
1 through the input / output terminal of the CMOS inverter INV 1 (the drain of the load MISFET Qp 1 , the driving MIS
Drain of FET Qd 1 and transfer MISFET Qt 1
Source).

【0026】局所配線L1,L2は、負荷用MISFET
Qp1,Qp2のソース、駆動用MISFETQd1,Q
2のソースおよび転送用MISFETQt1,Qt2
ドレイン上の接続孔CONT2に埋め込まれる金属膜と
同一層(図中、網掛けのハッチングで示す)によって構
成される。
The local wirings L 1 and L 2 are MISFETs for load.
Sources of Qp 1 and Qp 2 and driving MISFETs Qd 1 and Q
It is composed of the same layer (indicated by hatching in the figure) as the metal film embedded in the connection hole CONT 2 on the source of d 2 and the drains of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 .

【0027】カップリング容量C1,C2は、上記局所配
線L1,L2を構成する金属膜の一部をそれぞれ下層電極
とし、この下層電極と容量絶縁膜を挟んで金属膜からな
る上層電極とによって構成される。容量絶縁膜は、MI
SFETのゲート絶縁膜を構成する高誘電率材料と同一
層で構成され、上層電極は、MISFETのゲート電極
FG1〜FG4を構成する金属膜と同一層で構成される。
また、上層電極は、局所配線L1,L2およびゲート電極
FG3,FG4の所定部分を覆っており、カップリング容
量C1の上層電極はCMOSインバータINV1のゲート
電極FG3、カップリング容量C2の上層電極はCMOS
インバータINV2のゲート電極FG4と繋がっている。
In the coupling capacitors C 1 and C 2 , a part of the metal film forming the local wirings L 1 and L 2 is used as a lower layer electrode, and an upper layer made of a metal film sandwiching the lower layer electrode and the capacitor insulating film. And electrodes. The capacitance insulating film is MI
It is formed of the same layer as the high dielectric constant material that forms the gate insulating film of the SFET, and the upper layer electrode is formed of the same layer as the metal film that forms the gate electrodes FG 1 to FG 4 of the MISFET.
The upper layer electrode covers predetermined portions of the local wirings L 1 and L 2 and the gate electrodes FG 3 and FG 4 , and the upper layer electrode of the coupling capacitance C 1 is the gate electrode FG 3 of the CMOS inverter INV 1 and the coupling. The upper electrode of the capacitor C 2 is CMOS
It is connected to the gate electrode FG 4 of the inverter INV 2 .

【0028】次に、本発明の一実施の形態であるSRA
Mメモリセルの一部の製造方法を図3〜図10を用いて
工程順に説明する。図(a)には、前記図2のA−A′
線断面に相当する要部断面図、図(b)には、前記図2
のB−B′線断面に相当する要部断面図を示しており、
局所配線L1,L2、カップリング容量C1および負荷用
MISFETQp2の製造方法を例示する。
Next, SRA which is an embodiment of the present invention
A method of manufacturing a part of the M memory cell will be described in the order of steps with reference to FIGS. FIG. 2A shows the line AA ′ in FIG.
2 is a cross-sectional view of a main part corresponding to a line cross section, and FIG.
Is a sectional view of a main part corresponding to the section taken along line BB ′ of FIG.
A method of manufacturing the local wirings L 1 and L 2 , the coupling capacitance C 1 and the load MISFET Qp 2 will be exemplified.

【0029】まず、図3に示すように、比抵抗が10Ω
cm程度のp型のシリコン単結晶からなる半導体基板
(半導体ウエハと称する平面略円形状の薄板)1を用意
し、その主面に溝型の分離部2を形成する。すなわち半
導体基板1の所定箇所に、たとえば深さ250nm程度
の分離溝を形成した後、半導体基板1上に、たとえばシ
リコン酸化膜からなる絶縁膜を堆積し、さらにその絶縁
膜が分離溝内にのみ残されるように絶縁膜をCMP法に
よって研磨することで、分離部2を形成する。
First, as shown in FIG. 3, the specific resistance is 10Ω.
A semiconductor substrate (thin plate having a substantially circular shape in plan view called a semiconductor wafer) 1 made of a p-type silicon single crystal having a size of about 1 cm is prepared, and a groove-type separation portion 2 is formed on the main surface thereof. That is, after forming an isolation groove having a depth of, for example, about 250 nm at a predetermined position of the semiconductor substrate 1, an insulating film made of, for example, a silicon oxide film is deposited on the semiconductor substrate 1, and the insulating film is formed only in the isolation groove. The isolation portion 2 is formed by polishing the insulating film by a CMP method so as to remain.

【0030】続いて、半導体基板1の表面にシリコン酸
化膜を形成した後、半導体基板1の所定部分に所定の不
純物を所定のエネルギーで選択的にイオン注入法によっ
て導入することにより、nウェル3およびpウェル4を
形成する。
Subsequently, after forming a silicon oxide film on the surface of the semiconductor substrate 1, a predetermined impurity is selectively introduced into a predetermined portion of the semiconductor substrate 1 at a predetermined energy by an ion implantation method, whereby the n well 3 is formed. And p-well 4 is formed.

【0031】次に、半導体基板1の表面を洗浄した後、
分離部2で囲まれた半導体基板1の主面に、たとえば厚
さ3nm程度のダミーゲート絶縁膜5を形成し、さらに
その上層にダミーゲート6を形成する。ダミーゲート6
は、たとえば半導体基板1上にCVD法でシリコン多結
晶膜を堆積した後、フォトレジストパターンをマスクと
したドライエッチング技術を用いてシリコン多結晶膜を
加工することにより形成することができる。上記シリコ
ン多結晶膜の厚さは、たとえば200nm程度である。
Next, after cleaning the surface of the semiconductor substrate 1,
A dummy gate insulating film 5 having a thickness of, for example, about 3 nm is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 surrounded by the isolation portion 2, and a dummy gate 6 is further formed thereon. Dummy gate 6
Can be formed, for example, by depositing a silicon polycrystal film on the semiconductor substrate 1 by the CVD method and then processing the silicon polycrystal film using a dry etching technique using a photoresist pattern as a mask. The thickness of the silicon polycrystalline film is about 200 nm, for example.

【0032】続いて、ダミーゲート6をマスクとして、
nウェル3にp型不純物、たとえばフッ化ボロンをイオ
ン注入法によって導入することにより、負荷用MISF
ETQp1,Qp2のソース・ドレインの一部を構成する
一対の拡張領域7を形成する。拡張領域7の接合深さ
は、たとえば30nm程度である。同様に、ダミーゲー
ト6をマスクとして、pウェル4にn型不純物、たとえ
ばヒ素をイオン注入法によって導入することにより、図
示はしないが駆動用MISFETQd1,Qd2および転
送用MISFETQt1,Qt2のそれぞれのソース・ド
レインの一部を構成する一対の拡張領域を形成する。
Then, using the dummy gate 6 as a mask,
By introducing a p-type impurity, such as boron fluoride, into the n-well 3 by an ion implantation method, the MISF for load is loaded.
A pair of extension regions 7 forming a part of the source / drain of ETQp 1 and Qp 2 are formed. The junction depth of the extension region 7 is, for example, about 30 nm. Similarly, the dummy gate 6 as a mask, n-type impurities into the p-well 4, for example by introducing arsenic by ion implantation, although not shown in the driving MISFET Qd 1, Qd 2 and transfer MISFET Qt 1, Qt 2 A pair of extension regions forming part of each source / drain are formed.

【0033】次に、半導体基板1上に絶縁膜、たとえば
厚さ60nm程度のシリコン酸化膜を堆積した後、この
絶縁膜を異方性エッチング、たとえばRIE(reactive
ionetching)法で加工し、ダミーゲート6の側壁にス
ペーサ8を形成する。
Next, after depositing an insulating film, for example, a silicon oxide film having a thickness of about 60 nm on the semiconductor substrate 1, this insulating film is anisotropically etched, for example, RIE (reactive).
Then, the spacers 8 are formed on the sidewalls of the dummy gates 6 by the ion etching method.

【0034】続いて、ダミーゲート6およびスペーサ8
をマスクとして、nウェル3にp型不純物、たとえばフ
ッ化ボロンをイオン注入法によって導入することによ
り、負荷用MISFETQp1,Qp2のソース・ドレイ
ンの他の一部を構成する一対の拡散領域9pを形成す
る。拡散領域9pの接合深さは、たとえば100nm程
度である。同様に、ダミーゲート6およびスペーサ8を
マスクとして、pウェル4にn型不純物、たとえばヒ素
をイオン注入法によって導入することにより、駆動用M
ISFETQd1,Qd2および転送用MISFETQt
1,Qt2のそれぞれのソース・ドレインの他の一部を構
成する一対の拡散領域9nを形成する。その後、RTA
(Rapid Thermal Annealing)法により、例えば、10
00℃、1秒の熱処理を加えることにより、上記イオン
注入で導入した不純物を活性化させる。
Subsequently, the dummy gate 6 and the spacer 8
Is used as a mask to introduce a p-type impurity, such as boron fluoride, into the n-well 3 by an ion implantation method to form a pair of diffusion regions 9p forming another part of the source / drain of the load MISFETs Qp 1 and Qp 2. To form. The junction depth of the diffusion region 9p is, for example, about 100 nm. Similarly, by using the dummy gate 6 and the spacer 8 as a mask, an n-type impurity, such as arsenic, is introduced into the p-well 4 by an ion implantation method.
ISFETs Qd 1 and Qd 2 and transfer MISFET Qt
A pair of diffusion regions 9n forming another part of the source / drain of 1 and Qt 2 are formed. Then RTA
(Rapid Thermal Annealing) method, for example, 10
The impurities introduced by the above ion implantation are activated by applying heat treatment at 00 ° C. for 1 second.

【0035】その後、半導体基板1上にコバルト膜およ
びチタン窒化膜をスパッタリング法によって順次堆積す
る。コバルト膜の厚さは、たとえば10nm程度、チタ
ン窒化膜の厚さは、たとえば10nm程度である。さら
に500〜600℃程度の熱処理を60秒程度半導体基
板1に施して、ダミーゲート6の表面および拡散領域9
p,9nの表面に選択的に厚さ30nm程度のシリサイ
ド層10を形成する。その後、絶縁膜上の未反応のコバ
ルト膜を選択的に除去し、更に半導体基板1に700〜
800℃程度の熱処理を90秒程度施して、シリサイド
層10の低抵抗化を行う。
Then, a cobalt film and a titanium nitride film are sequentially deposited on the semiconductor substrate 1 by the sputtering method. The cobalt film has a thickness of, for example, about 10 nm, and the titanium nitride film has a thickness of, for example, about 10 nm. Further, a heat treatment at about 500 to 600 ° C. is applied to the semiconductor substrate 1 for about 60 seconds to make the surface of the dummy gate 6 and the diffusion region 9
A silicide layer 10 having a thickness of about 30 nm is selectively formed on the surfaces of p and 9n. After that, the unreacted cobalt film on the insulating film is selectively removed, and the semiconductor substrate 1 is further subjected to 700-
Heat treatment at about 800 ° C. is performed for about 90 seconds to reduce the resistance of the silicide layer 10.

【0036】次に、図4に示すように、半導体基板1上
にシリコン窒化膜11およびシリコン酸化膜12をCV
D法によって順次堆積する。シリコン窒化膜11の厚さ
は、たとえば30nm程度、シリコン酸化膜12の厚さ
は、たとえば300〜400nm程度である。シリコン
酸化膜12は、たとえばTEOS(Tetra Ethyl Ortho
Silicate : Si(OC2H5))とオゾンとをソースガスに用い
たプラズマCVD法で形成されたTEOS酸化膜からな
る。その後、シリコン酸化膜12およびシリコン窒化膜
11をCMP法によって研磨することにより、その表面
が平坦化された層間絶縁膜13を形成すると共に、ダミ
ーゲート6の表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 4, a silicon nitride film 11 and a silicon oxide film 12 are formed on the semiconductor substrate 1 by CV.
Deposition is sequentially performed by the D method. The silicon nitride film 11 has a thickness of, for example, about 30 nm, and the silicon oxide film 12 has a thickness of, for example, about 300 to 400 nm. The silicon oxide film 12 is formed of, for example, TEOS (Tetra Ethyl Ortho
Silicate: made of Si (OC 2 H 5)) and the TEOS oxide film and ozone formed by the plasma CVD method using a source gas. Then, the silicon oxide film 12 and the silicon nitride film 11 are polished by the CMP method to form the interlayer insulating film 13 whose surface is flattened and expose the surface of the dummy gate 6.

【0037】次に、図5に示すように、レジストパター
ンをマスクとしたエッチングによりシリコン酸化膜12
を加工する。この際、シリコン窒化膜11はエッチング
ストッパ層として機能する。続いて露出しているシリコ
ン窒化膜11を除去することにより、分離部2およびス
ペーサ8に対して自己整合的に接続孔CONT2および
局所配線用の溝14が形成される。
Next, as shown in FIG. 5, the silicon oxide film 12 is etched by using the resist pattern as a mask.
To process. At this time, the silicon nitride film 11 functions as an etching stopper layer. Then, the exposed silicon nitride film 11 is removed, so that the connection hole CONT 2 and the groove 14 for the local wiring are formed in a self-aligned manner with respect to the isolation portion 2 and the spacer 8.

【0038】次に、接続孔CONT2および溝14の内
部を含む半導体基板1の全面に金属膜、たとえばタング
ステン膜などを形成する。続いて接続孔CONT2およ
び溝14以外の領域の金属膜をCMP法により除去し
て、接続孔CONT2の内部にプラグ15を形成し、溝
14の内部に局所配線L1,L2を形成する。局所配線L
1,L2を構成する金属膜の一部は、カップリング容量C
1,C2の下層電極を構成する。
Next, the connection hole CONT2And in the groove 14
A metal film, such as a tongue, on the entire surface of the semiconductor substrate 1 including the parts.
A stainless film or the like is formed. Then the connection hole CONT2And
And the metal film in the region other than the groove 14 is removed by the CMP method.
Connection hole CONT2Form the plug 15 inside the
Local wiring L inside 141, L2To form. Local wiring L
1, L2A part of the metal film forming the
1, C2A lower layer electrode.

【0039】次に、図6に示すように、レジストパター
ン16をマスクとしたエッチングにより局所配線L1
2、ダミーゲート6、スペーサ8、シリコン窒化膜1
1およびシリコン酸化膜12を加工して、所定の深さを
有するカップリング容量C1用の溝17を形成する。図
示はしないが同様に、所定の深さを有するカップリング
容量C2用の溝を形成する。次いで、図7に示すよう
に、レジストパターン16を除去した後、さらにダミー
ゲート6およびダミーゲート絶縁膜5を選択的に除去し
て、ゲート溝18を形成する。
Next, as shown in FIG. 6, the local wiring L 1 ,
L 2 , dummy gate 6, spacer 8, silicon nitride film 1
1 and the silicon oxide film 12 are processed to form a groove 17 for the coupling capacitor C 1 having a predetermined depth. Although not shown, similarly, a groove for the coupling capacitor C 2 having a predetermined depth is formed. Next, as shown in FIG. 7, after removing the resist pattern 16, the dummy gate 6 and the dummy gate insulating film 5 are selectively removed to form a gate groove 18.

【0040】次に、図8に示すように、溝17およびゲ
ート溝18の内部を含む半導体基板1の全面に高誘電率
材料19を堆積する。この高誘電率材料19は、たとえ
ばタンタル酸化膜、アルミナ膜、ハフニウム酸化膜、ジ
ルコニウム酸化膜、チタン酸化膜、シリコン酸ジルコニ
ウム膜またはシリコン酸ハフニウム膜などからなり、半
導体基板1上に堆積される高誘電率材料19の厚さは、
たとえば、比誘電率を考慮したSiO2換算膜厚で1.5
〜2nm程度となるように設定される。
Next, as shown in FIG. 8, a high dielectric constant material 19 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 including the inside of the groove 17 and the gate groove 18. The high dielectric constant material 19 is made of, for example, a tantalum oxide film, an alumina film, a hafnium oxide film, a zirconium oxide film, a titanium oxide film, a zirconium silicon oxide film or a hafnium silicon oxide film, and is deposited on the semiconductor substrate 1. The thickness of the dielectric constant material 19 is
For example, the SiO 2 equivalent film thickness considering the relative permittivity is 1.5
It is set to be about 2 nm.

【0041】続いて、溝17およびゲート溝18の内部
を含む半導体基板1の全面に金属膜20、たとえばチタ
ン窒化膜またはタングステン膜などをCVD法によって
堆積する。
Then, a metal film 20, for example, a titanium nitride film or a tungsten film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 including the inside of the groove 17 and the gate groove 18 by the CVD method.

【0042】次に、図9に示すように、溝17およびゲ
ート溝18以外の領域の金属膜20および高誘電率材料
19をCMP法により除去して、ゲート溝18の内部
に、負荷用MISFETQp2のゲート絶縁膜を構成す
る高誘電率材料19およびゲート電極FG4を構成する
金属膜20を形成し、溝17の内部に、カップリング容
量C1の容量絶縁膜を構成する高誘電率材料19および
上層電極を構成する金属膜20を形成する。図示はしな
いが同様に、他のMISFETのゲート絶縁膜およびゲ
ート電極FG1〜FG3が形成され、カップリング容量C
2の容量絶縁膜および上層電極が形成される。
Next, as shown in FIG. 9, the metal film 20 and the high-dielectric-constant material 19 in the regions other than the groove 17 and the gate groove 18 are removed by the CMP method, and the load MISFET Qp is placed inside the gate groove 18. The high dielectric constant material 19 forming the gate insulating film 2 and the metal film 20 forming the gate electrode FG 4 are formed, and the high dielectric constant material forming the capacitive insulating film of the coupling capacitance C 1 is formed inside the groove 17. 19 and the metal film 20 forming the upper electrode is formed. Although not shown, similarly, the gate insulating film and the gate electrodes FG 1 to FG 3 of another MISFET are formed, and the coupling capacitance C
The second capacitive insulating film and the upper electrode are formed.

【0043】次に、図10に示すように、半導体基板1
上に層間絶縁膜21を形成した後、レジストパターンを
マスクとしたドライエッチングによって層間絶縁膜21
に接続孔CONT1,CONT3を形成する。接続孔CO
NT1は、CMOSインバータINV1に共通のゲート電
極FG3とCMOSインバータINV2の入出力端子とを
接続する領域に形成され、接続孔CONT3は、接続孔
CONT2上に形成される。図示はしないが、さらに接
続孔CONT1は、CMOSインバータINV2に共通の
ゲート電極FG4とCMOSインバータINV1の入出力
端子とを接続する領域に形成される。
Next, as shown in FIG. 10, the semiconductor substrate 1
After the interlayer insulating film 21 is formed thereon, the interlayer insulating film 21 is dry-etched using the resist pattern as a mask.
Contact holes CONT 1 and CONT 3 are formed in the. Connection hole CO
NT 1 is formed in a region connecting the gate electrode FG 3 common to the CMOS inverter INV 1 and the input / output terminal of the CMOS inverter INV 2 , and the connection hole CONT 3 is formed on the connection hole CONT 2 . Although not shown, the connection hole CONT 1 is further formed in a region connecting the gate electrode FG 4 common to the CMOS inverter INV 2 and the input / output terminal of the CMOS inverter INV 1 .

【0044】続いて、接続孔CONT1,CONT3の内
部を含む半導体基板1の全面に金属膜、たとえばタング
ステン膜などをCVD法により堆積し、その後、接続孔
CONT1,CONT3以外の領域の金属膜をCMP法に
より除去して、接続孔CONT1,CONT3の内部にプ
ラグ22を形成する。
Subsequently, a metal film, for example, a tungsten film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 including the insides of the connection holes CONT 1 and CONT 3 by the CVD method, and thereafter, a region other than the connection holes CONT 1 and CONT 3 is formed. The metal film is removed by the CMP method to form the plug 22 inside the connection holes CONT 1 and CONT 3 .

【0045】その後、配線層を形成し、さらにパッシベ
ーション膜で半導体基板1の全面を覆うことにより、本
実施の形態1のSRAMのメモリセルが略完成する。
After that, a wiring layer is formed and the entire surface of the semiconductor substrate 1 is covered with a passivation film, whereby the SRAM memory cell of the first embodiment is substantially completed.

【0046】なお、本実施の形態1では、MISFET
のゲート電極FG1〜FG4をチタン窒化膜またはタング
ステン膜などの金属膜20で構成したが、耐熱性の低い
金属膜、たとえばアルミニウム膜、銅膜またはチタン膜
などで構成してもよい。
In the first embodiment, the MISFET is
Although the gate electrodes FG 1 to FG 4 are formed of the metal film 20 such as a titanium nitride film or a tungsten film, they may be formed of a metal film having low heat resistance such as an aluminum film, a copper film or a titanium film.

【0047】このように、本実施の形態1によれば、S
RAMメモリセルを構成するMISFETのゲート絶縁
膜とカップリング容量C1,C2の容量絶縁膜とを同一層
で構成することができるので、ダミーゲートプロセスを
用いて高誘電率材料からなるゲート絶縁膜および金属膜
からなるゲート電極によって構成されるSRAMメモリ
セルを形成することができ、また容量絶縁膜を高誘電率
材料で構成することにより相対的に小さい面積でも容量
の大きいカップリング容量C1,C2を形成することがで
きるので、SRAMの性能向上および信頼度確保を図る
ことができる。さらに、MISFETのゲート絶縁膜と
カップリング容量C1,C2の容量絶縁膜とを同時に形成
できるので、製造工程数の増加を防ぐことができる。
As described above, according to the first embodiment, S
Since the gate insulating film of the MISFET and the capacitive insulating films of the coupling capacitors C 1 and C 2 that form the RAM memory cell can be formed in the same layer, the gate insulating film made of a high dielectric constant material is used by using the dummy gate process. It is possible to form an SRAM memory cell composed of a gate electrode composed of a film and a metal film, and by forming the capacitive insulating film of a high dielectric constant material, a coupling capacitance C 1 having a large capacitance even in a relatively small area. , C 2 can be formed, so that the performance and reliability of the SRAM can be improved. Furthermore, since the gate insulating film of the MISFET and the capacitive insulating film of the coupling capacitors C 1 and C 2 can be simultaneously formed, it is possible to prevent an increase in the number of manufacturing steps.

【0048】(実施の形態2)図11は、本発明の他の
実施の形態であるSRAMメモリセルの略1個分の具体
的な構成を示す半導体基板の要部平面図である。
(Embodiment 2) FIG. 11 is a plan view of a main portion of a semiconductor substrate showing a specific structure of one SRAM memory cell according to another embodiment of the present invention.

【0049】前記実施の形態1のメモリセルと同様に、
6個のMISFETと2個のカップリング容量とによっ
て構成される。転送用MISFETQt1,Qt2は金属
膜、たとえばタングステン膜などからなる共通のゲート
電極FG5を有しており、ゲート電極FG5は高誘電率材
料、たとえば酸化タンタル膜からなるゲート絶縁膜上に
形成されている。
Similar to the memory cell of the first embodiment,
It is composed of 6 MISFETs and 2 coupling capacitors. The transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 have a common gate electrode FG 5 made of a metal film such as a tungsten film, and the gate electrode FG 5 is formed on a gate insulating film made of a high dielectric constant material such as a tantalum oxide film. Has been formed.

【0050】CMOSインバータINV1を構成する駆
動用MISFETQd1と負荷用MISFETQp1
は、共通のゲート電極FG6を有し、CMOSインバー
タINV 2を構成する駆動用MISFETQd2と負荷用
MISFETQp2とは、共通のゲート電極FG7を有し
ており、これらゲート電極FG6,FG7は、上記ゲート
電極FG5と同様に金属膜で構成され、高誘電率材料か
らなるゲート絶縁膜上に形成されている。
CMOS inverter INV1Drive that composes
Dynamic MISFET Qd1And load MISFET Qp1When
Is a common gate electrode FG6With CMOS Inverter
INV 2MISFET Qd for driving2And for load
MISFETQp2And the common gate electrode FG7Have
And these gate electrodes FG6, FG7The above gate
Electrode FGFiveIs composed of a metal film like
Is formed on the gate insulating film.

【0051】さらに、ゲート電極FG7は、接続孔CO
NT5に埋め込まれた導電膜を介して局所配線L3(図
中、網掛けのハッチングで示す)に接続され、局所配線
3は、CMOSインバータINV1の入出力端子(負荷
用MISFETQp1のドレイン、駆動用MISFET
Qd1のドレインおよび転送用MISFETQt1のソー
ス)に接続される。
Further, the gate electrode FG 7 has a connection hole CO
The local wiring L 3 is connected to a local wiring L 3 (indicated by hatching in the figure) via a conductive film embedded in NT 5 , and the local wiring L 3 is an input / output terminal of the CMOS inverter INV 1 (load MISFET Qp 1 Drain, drive MISFET
It is connected to the drain of Qd 1 and the source of the transfer MISFET Qt 1 .

【0052】また、局所配線L3を構成する金属膜の一
部は、カップリング容量C1,C2の下部電極を構成す
る。たとえばカップリング容量C1は、負荷用MISF
ETQp1のドレイン上の局所配線L3を下層電極とし、
カップリング容量C2は、駆動用MISFETQd1のド
レインおよび転送用MISFETQt1のソース上の局
所配線L3を下層電極とする。この下層電極と容量絶縁
膜を挟んで金属膜からなる上層電極とによってカップリ
ング容量C1,C2が構成される。上記容量絶縁膜は、M
ISFETのゲート絶縁膜を構成する高誘電率材料と同
一層で構成され、上記上層電極は、MISFETのゲー
ト電極FG5〜FG7を構成する金属膜と同一層で構成さ
れる。
A part of the metal film forming the local wiring L 3 forms the lower electrodes of the coupling capacitors C 1 and C 2 . For example, the coupling capacitance C 1 is the load MISF.
The local wiring L 3 on the drain of ETQp 1 is used as a lower layer electrode,
The coupling capacitance C 2 uses the local wiring L 3 on the drain of the driving MISFET Qd 1 and the source of the transfer MISFET Qt 1 as a lower layer electrode. Coupling capacitors C 1 and C 2 are formed by the lower electrode and the upper electrode made of a metal film with the capacitor insulating film interposed therebetween. The capacitance insulating film is M
It is formed of the same layer as the high dielectric constant material that forms the gate insulating film of the ISFET, and the upper layer electrode is formed of the same layer as the metal film that forms the gate electrodes FG 5 to FG 7 of the MISFET.

【0053】(実施の形態3)図12は、本発明の他の
実施の形態であるSRAMメモリセルを示す半導体基板
の要部断面図である。図(a)には、前記実施の形態1
の図2のA−A′線断面に相当する要部断面図、図
(b)には、前記実施の形態1の図2のB−B′線断面
に相当する要部断面図を示している。
(Third Embodiment) FIG. 12 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing an SRAM memory cell according to another embodiment of the present invention. FIG. 1A shows the first embodiment.
2 is a sectional view of a main part corresponding to the section taken along the line AA ′ of FIG. 2, and FIG. 7B is a sectional view of the main part corresponding to the section taken along the line BB ′ of FIG. 2 of the first embodiment. There is.

【0054】メモリセルのゲート溝23のアスペクト比
をカップリング容量C1,C2の上層電極が埋め込まれる
溝17のアスペクト比よりも大きく、たとえば2.5以
上に設定し、かつゲート溝23の内部に埋め込まれてゲ
ート絶縁膜を構成する高誘電率材料24をステップカバ
レジが相対的に悪い条件で成膜するものである。
The aspect ratio of the gate groove 23 of the memory cell is set to be larger than the aspect ratio of the groove 17 in which the upper electrodes of the coupling capacitors C 1 and C 2 are buried, for example, 2.5 or more, and the gate groove 23 The high dielectric constant material 24 which is embedded inside and constitutes the gate insulating film is formed under the condition that the step coverage is relatively bad.

【0055】このように、本実施の形態3によれば、ゲ
ート絶縁膜の膜厚よりもカップリング容量C1,C2用の
容量絶縁膜の膜厚を厚く形成することができるので、容
量絶縁膜のリーク電流を低減することができる。
As described above, according to the third embodiment, the thickness of the capacitance insulating film for the coupling capacitors C 1 and C 2 can be made larger than that of the gate insulating film. The leak current of the insulating film can be reduced.

【0056】以上、本発明者によってなされた発明を発
明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。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible without departing from the scope of the invention. It goes without saying that it can be changed.

【0057】たとえば、前記実施の形態では、MISF
ETのゲート電極と接続して形成されるSRAMメモリ
セルのカップリング容量の製造方法に適用した場合につ
いて説明したが、MISFETのゲート電極と接続され
ない容量素子の製造方法にも適用することができる。た
とえば図13に示すように、前記実施の形態1に記載し
た製造方法を用い、さらに上部配線層によって接続、配
線することにより、下層電極25、容量絶縁膜26およ
び上層電極27からなるアナログ回路用容量素子Cを形
成することができる。
For example, in the above embodiment, MISF is used.
The case of application to the method of manufacturing the coupling capacitance of the SRAM memory cell formed by connecting to the gate electrode of ET has been described, but it can also be applied to the method of manufacturing a capacitive element that is not connected to the gate electrode of MISFET. For example, as shown in FIG. 13, by using the manufacturing method described in the first embodiment and further connecting and wiring by an upper wiring layer, an analog circuit including a lower layer electrode 25, a capacitance insulating film 26 and an upper layer electrode 27 is formed. Capacitive element C can be formed.

【0058】[0058]

【発明の効果】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。
The effects obtained by the typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0059】カップリング容量を備えたSRAMメモリ
セルの形成にダマシンゲートプロセスを用いることがで
き、また相対的に小さい面積でも容量の大きいカップリ
ング容量を形成することができるので、SRAMの性能
向上および高信頼度化を図ることができる。
A damascene gate process can be used to form an SRAM memory cell having a coupling capacitance, and a coupling capacitance having a large capacitance can be formed even in a relatively small area. High reliability can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施の形態であるフリップフロップ
回路、転送用MISFETおよびカップリング容量によ
って構成されるSRAMメモリセルを示す等価回路図で
ある。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing an SRAM memory cell composed of a flip-flop circuit, a transfer MISFET, and a coupling capacitor according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施の形態であるSRAMメモリセ
ルの略1個分の具体的な構成を示す半導体基板の要部平
面図である。
FIG. 2 is a main-portion plan view of a semiconductor substrate showing a specific configuration of approximately one SRAM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施の形態であるSRAMメモリセ
ルの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 3 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing an SRAM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施の形態であるSRAMメモリセ
ルの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing an SRAM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施の形態であるSRAMメモリセ
ルの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing an SRAM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施の形態であるSRAMメモリセ
ルの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate showing the method for manufacturing the SRAM memory cell according to the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施の形態であるSRAMメモリセ
ルの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 7 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing an SRAM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施の形態であるSRAMメモリセ
ルの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing an SRAM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施の形態であるSRAMメモリセ
ルの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 9 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate showing the method for manufacturing the SRAM memory cell according to the embodiment of the present invention;

【図10】本発明の一実施の形態であるSRAMメモリ
セルの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 10 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing an SRAM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図11】本発明の他の実施の形態であるSRAMメモ
リセルの略1個分の具体的な構成を示す半導体基板の要
部平面図である。
FIG. 11 is a plan view of a main portion of a semiconductor substrate showing a specific configuration of approximately one SRAM memory cell according to another embodiment of the present invention.

【図12】本発明の他の実施の形態であるSRAMメモ
リセルを示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view of essential parts of a semiconductor substrate showing an SRAM memory cell according to another embodiment of the present invention.

【図13】本発明の一実施の形態の応用例であるSRA
Mメモリセルを示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 13 is an SRA that is an application example of an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main portion of a semiconductor substrate showing an M memory cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 分離部 3 nウェル 4 pウェル 5 ダミーゲート絶縁膜 6 ダミーゲート 7 拡張領域 8 スペーサ 9p 拡散領域 9n 拡散領域 10 シリサイド層 11 シリコン窒化膜 12 シリコン酸化膜 13 層間絶縁膜 14 溝 15 プラグ 16 レジストパターン 17 溝 18 ゲート溝 19 高誘電率材料 20 金属膜 21 層間絶縁膜 22 プラグ 23 ゲート溝 24 高誘電率材料 25 下層電極 26 容量絶縁膜 27 上層電極 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 C1 カップリング容量 C2 カップリング容量 C アナログ回路用容量素子 INV1 CMOSインバータ INV2 CMOSインバータ DL1 データ線 DL2 データ線 Vcc 電源電圧 Vss 基準電圧 L 活性領域 FG1 ゲート電極 FG2 ゲート電極 FG3 ゲート電極 FG4 ゲート電極 FG5 ゲート電極 FG6 ゲート電極 FG7 ゲート電極 Lg ゲート長 W ゲート幅 CONT1 接続孔 CONT2 接続孔 CONT3 接続孔 CONT4 接続孔 CONT5 接続孔 CONT 接続孔 L1 局所配線 L2 局所配線 L3 局所配線1 semiconductor substrate 2 isolation part 3 n well 4 p well 5 dummy gate insulating film 6 dummy gate 7 extension region 8 spacer 9p diffusion region 9n diffusion region 10 silicide layer 11 silicon nitride film 12 silicon oxide film 13 interlayer insulating film 14 trench 15 plug 16 Resist Pattern 17 Groove 18 Gate Groove 19 High Dielectric Material 20 Metal Film 21 Interlayer Insulating Film 22 Plug 23 Gate Groove 24 High Dielectric Material 25 Lower Layer Electrode 26 Capacitance Insulating Film 27 Upper Layer Electrode Qd 1 Driving MISFET Qd 2 Driving MISFET Qp 1 load MISFET Qp 2 load MISFET Qt 1 transfer MISFET Qt 2 transfer MISFET C 1 coupling capacitance C 2 coupling capacitance C analog circuit capacitance element INV 1 CMOS inverter INV 2 CMOS inverter DL 1 data line DL 2 Data line Vcc Source voltage Vss reference voltage L active region FG 1 gate electrode FG 2 gate electrode FG 3 gate electrode FG 4 gate electrode FG 5 gate electrode FG 6 gate electrode FG 7 gate electrode Lg gate length W the gate width CONT 1 connection hole CONT 2 connecting hole CONT 3 connection hole CONT 4 connection hole CONT 5 connection hole CONT connection hole L 1 local wiring L 2 local wiring L 3 local wiring

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上の絶縁膜にゲート溝を形成した
後、前記ゲート溝の内部に高誘電率材料および金属膜を
埋め込み、前記高誘電率材料からなるMISFETのゲ
ート絶縁膜および前記金属膜からなる前記MISFET
のゲート電極を形成し、さらに前記基板上に形成される
容量素子の容量絶縁膜を前記高誘電率材料と同一層の材
料によって形成することを特徴とする半導体集積回路装
置の製造方法。
1. A gate insulating film and a metal film of a MISFET made of the high dielectric constant material, comprising: forming a gate groove in an insulating film on a substrate; and burying a high dielectric constant material and a metal film inside the gate groove. The MISFET comprising
A gate electrode is formed, and a capacitive insulating film of a capacitive element formed on the substrate is formed of a material in the same layer as the high dielectric constant material, and a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device.
【請求項2】 MISFETと容量素子とを同一基板上
に形成する半導体集積回路装置の製造方法であって、 (a)基板上にダミーゲート絶縁膜およびダミーゲート
を形成した後、前記ダミーゲートの両側の前記基板にソ
ース・ドレインを形成する工程と、 (b)前記基板上に層間絶縁膜を形成した後、前記層間
絶縁膜を研磨して前記ダミーゲートの表面を露出させる
工程と、 (c)前記層間絶縁膜の所定部分に第1の溝を形成した
後、前記第1の溝の内部に導電膜を埋め込み、前記容量
素子の下層電極を形成する工程と、 (d)少なくとも前記容量素子の前記下層電極の所定部
分に所定深さの第2の溝を形成し、さらに前記ダミーゲ
ートおよび前記ダミーゲート絶縁膜を除去して第3の溝
を形成する工程と、 (e)前記第2および第3の溝の内部に高誘電率材料を
埋め込み、前記容量素子の容量絶縁膜および前記MIS
FETのゲート絶縁膜を形成し、さらに前記第2および
第3の溝の内部に金属膜を埋め込み、前記容量素子の上
層電極および前記MISFETのゲート電極を形成する
工程とを有することを特徴とする半導体集積回路装置の
製造方法。
2. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising forming a MISFET and a capacitive element on the same substrate, comprising: (a) forming a dummy gate insulating film and a dummy gate on the substrate, and then forming the dummy gate Forming a source / drain on the substrates on both sides; (b) forming an interlayer insulating film on the substrate and then polishing the interlayer insulating film to expose the surface of the dummy gate; ) A step of forming a first groove in a predetermined portion of the interlayer insulating film, and then burying a conductive film in the first groove to form a lower electrode of the capacitor, and (d) at least the capacitor Forming a second groove having a predetermined depth in a predetermined portion of the lower electrode, further forming a third groove by removing the dummy gate and the dummy gate insulating film, and (e) the second groove. And the third Inside embedded high dielectric constant material, the capacitor insulating film and the MIS of the capacitive element
Forming a gate insulating film of the FET, further burying a metal film in the second and third trenches, and forming an upper layer electrode of the capacitance element and a gate electrode of the MISFET. Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device.
【請求項3】 MISFETと容量素子とを同一基板上
に形成する半導体集積回路装置の製造方法であって、 (a)基板上にダミーゲート絶縁膜およびダミーゲート
を形成した後、前記ダミーゲートの両側の前記基板にソ
ース・ドレインを形成する工程と、 (b)前記基板上に層間絶縁膜を形成した後、前記層間
絶縁膜を研磨して前記ダミーゲートの表面を露出させる
工程と、 (c)前記層間絶縁膜の所定部分に第1の溝を形成した
後、前記第1の溝の内部に導電膜を埋め込み、前記容量
素子の下層電極を形成する工程と、 (d)少なくとも前記容量素子の前記下層電極の所定部
分に所定深さの第2の溝を形成し、さらに前記ダミーゲ
ートおよび前記ダミーゲート絶縁膜を除去して第3の溝
を形成する工程と、 (e)前記第2および第3の溝の内部に高誘電率材料を
埋め込み、前記容量素子の容量絶縁膜および前記MIS
FETのゲート絶縁膜を形成し、さらに前記第2および
第3の溝の内部に金属膜を埋め込み、前記容量素子の上
層電極および前記MISFETのゲート電極を形成する
工程とを有し、 前記第3の溝のアスペクト比が前記第2の溝のアスペク
ト比よりも大きく、前記容量素子の前記容量絶縁膜の厚
さが前記MISFETの前記ゲート絶縁膜の厚さよりも
厚く形成されることを特徴とする半導体集積回路装置の
製造方法。
3. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: forming a MISFET and a capacitive element on the same substrate, comprising: (a) forming a dummy gate insulating film and a dummy gate on the substrate, and then forming the dummy gate Forming a source / drain on the substrates on both sides; (b) forming an interlayer insulating film on the substrate and then polishing the interlayer insulating film to expose the surface of the dummy gate; ) A step of forming a first groove in a predetermined portion of the interlayer insulating film, and then burying a conductive film in the first groove to form a lower electrode of the capacitor, and (d) at least the capacitor Forming a second groove having a predetermined depth in a predetermined portion of the lower electrode, further forming a third groove by removing the dummy gate and the dummy gate insulating film, and (e) the second groove. And the third Inside embedded high dielectric constant material, the capacitor insulating film and the MIS of the capacitive element
Forming a gate insulating film of the FET, further burying a metal film inside the second and third trenches, and forming an upper layer electrode of the capacitive element and a gate electrode of the MISFET. The aspect ratio of the groove is larger than the aspect ratio of the second groove, and the thickness of the capacitive insulating film of the capacitive element is formed to be thicker than the thickness of the gate insulating film of the MISFET. Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device.
【請求項4】 転送用MISFET、および負荷用MI
SFETと駆動用MISFETとからなる一対のCMO
Sインバータによって構成されるフリップフロップ回路
を有するメモリセルと、前記フリップフロップ回路の入
出力端子に接続されるカップリング容量とを同一基板上
に形成する半導体集積回路装置の製造方法であって、 (a)基板上にダミーゲート絶縁膜およびダミーゲート
を形成した後、前記ダミーゲートの両側の前記基板にソ
ース・ドレインを形成する工程と、 (b)前記基板上に層間絶縁膜を形成した後、前記層間
絶縁膜を研磨して前記ダミーゲートの表面を露出させる
工程と、 (c)前記層間絶縁膜の所定部分に第1の溝を形成した
後、前記第1の溝の内部に導電膜を埋め込み、前記カッ
プリング容量の下層電極を含む局所配線を形成する工程
と、 (d)少なくとも前記局所配線および前記CMOSイン
バータに共通のダミーゲートの所定部分に所定深さの第
2の溝を形成し、さらに前記ダミーゲートおよび前記ダ
ミーゲート絶縁膜を除去して第3の溝を形成する工程
と、 (e)前記第2および第3の溝の内部に高誘電率材料を
埋め込み、前記カップリング容量の容量絶縁膜および前
記MISFETのゲート絶縁膜を形成し、さらに前記第
2および第3の溝の内部に金属膜を埋め込み、前記カッ
プリング容量の上層電極および前記MISFETのゲー
ト電極を形成する工程とを有することを特徴とする半導
体集積回路装置の製造方法。
4. A transfer MISFET and a load MI.
A pair of CMO consisting of SFET and driving MISFET
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: forming a memory cell having a flip-flop circuit composed of an S inverter and a coupling capacitor connected to an input / output terminal of the flip-flop circuit on the same substrate. a) forming a dummy gate insulating film and a dummy gate on the substrate and then forming source / drain on the substrate on both sides of the dummy gate; and (b) forming an interlayer insulating film on the substrate, Polishing the interlayer insulating film to expose the surface of the dummy gate; and (c) forming a first groove in a predetermined portion of the interlayer insulating film, and then forming a conductive film inside the first groove. Burying, forming a local wiring including the lower electrode of the coupling capacitor, and (d) at least a dummy gate common to the local wiring and the CMOS inverter. Forming a second groove having a predetermined depth in a predetermined portion of the gate, and further removing the dummy gate and the dummy gate insulating film to form a third groove; and (e) the second and the second A high dielectric constant material is embedded in the groove 3 to form a capacitance insulating film of the coupling capacitance and a gate insulating film of the MISFET, and a metal film is embedded in the second and third grooves, And a step of forming an upper layer electrode of a coupling capacitor and a gate electrode of the MISFET, the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device.
【請求項5】 MISFETとアナログ回路用容量素子
とを同一基板上に形成する半導体集積回路装置の製造方
法であって、 (a)基板上にダミーゲート絶縁膜およびダミーゲート
を形成した後、前記ダミーゲートの両側の前記基板にソ
ース・ドレインを形成する工程と、 (b)前記基板上に層間絶縁膜を形成した後、前記層間
絶縁膜を研磨して前記ダミーゲートの表面を露出させる
工程と、 (c)前記層間絶縁膜の所定部分に第1の溝を形成した
後、前記第1の溝の内部に導電膜を埋め込み、前記アナ
ログ回路用容量素子の下層電極を形成する工程と、 (d)少なくとも前記アナログ回路用容量素子の前記下
層電極の所定部分に所定深さの第2の溝を形成し、さら
に前記ダミーゲートおよび前記ダミーゲート絶縁膜を除
去して第3の溝を形成する工程と、 (e)前記第2および第3の溝の内部に高誘電率材料を
埋め込み、前記アナログ回路用容量素子の容量絶縁膜お
よび前記MISFETのゲート絶縁膜を形成し、さらに
前記第2および第3の溝の内部に金属膜を埋め込み、前
記アナログ回路用容量素子の上層電極および前記MIS
FETのゲート電極を形成する工程とを有することを特
徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
5. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising forming a MISFET and a capacitance element for an analog circuit on the same substrate, comprising: (a) forming a dummy gate insulating film and a dummy gate on the substrate, Forming a source / drain on the substrate on both sides of the dummy gate; and (b) forming an interlayer insulating film on the substrate and then polishing the interlayer insulating film to expose the surface of the dummy gate. (C) a step of forming a first groove in a predetermined portion of the interlayer insulating film, and then burying a conductive film inside the first groove to form a lower layer electrode of the analog circuit capacitor. d) A second groove having a predetermined depth is formed at least in a predetermined portion of the lower layer electrode of the analog circuit capacitor, and the dummy gate and the dummy gate insulating film are removed to form a third groove. And (e) a high dielectric constant material is embedded in the second and third grooves to form a capacitance insulating film of the analog circuit capacitive element and a gate insulating film of the MISFET, and further, A metal film is embedded in the second and third grooves, and the upper layer electrode of the analog circuit capacitor and the MIS are formed.
And a step of forming a gate electrode of the FET.
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