JPH07161824A - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor deviceInfo
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- JPH07161824A JPH07161824A JP5307724A JP30772493A JPH07161824A JP H07161824 A JPH07161824 A JP H07161824A JP 5307724 A JP5307724 A JP 5307724A JP 30772493 A JP30772493 A JP 30772493A JP H07161824 A JPH07161824 A JP H07161824A
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- polysilicon
- gate
- low resistance
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- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 CMOSデバイスにおいて、素子面積の低
減、および、ゲート材料に起因する応力を低減し、高集
積、高信頼性、高速動作を実現する半導体装置を提供す
ること。
【構成】 p型/n型ポリシリコンゲート(5、6)を直
接接続したCMOSにおいて、活性化領域(110)上の
ゲートは、窒化チタン(7)/二酸化シリコン(8)/ポリ
シリコン(5、6)の三層構造、周辺領域のゲートは窒化
チタン/ポリシリコンの二層構造である。
【効果】 二酸化シリコン(8)が中間バッファとして働
き、ゲート絶縁膜にの応力を低減し、高信頼性・高速動
作を実現できる。窒化チタン(7)により、不純物拡散に
よるしきい値電圧の変動を抑えると同時に、素子面積を
低減でき、高集積度を実現できる。
(57) [Summary] [Object] To provide a semiconductor device in a CMOS device, which realizes high integration, high reliability, and high speed operation by reducing the element area and the stress caused by the gate material. In a CMOS in which p-type / n-type polysilicon gates (5, 6) are directly connected, the gate on the active region (110) is titanium nitride (7) / silicon dioxide (8) / polysilicon (5). , 6), and the gate in the peripheral region has a titanium nitride / polysilicon double layer structure. [Effect] Silicon dioxide (8) acts as an intermediate buffer, reduces stress on the gate insulating film, and realizes high reliability and high speed operation. The titanium nitride (7) can suppress the fluctuation of the threshold voltage due to the diffusion of impurities, reduce the device area, and realize a high degree of integration.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
サブミクロンレベルの半導体素子を含む半導体装置に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device including a semiconductor element of submicron level.
【0002】[0002]
【従来の技術】本発明に関する従来の技術としては、 (1)伊藤哲夫 他 "室温動作20ps 0.1μm CMOSデバイスの
試作” TECHNICAL REPORT OF IEICE. SDM92-137(1993-01)p.1-6 (2)J.R.Pfiester et al "A TiN strapped polysilicon gate cobalt saliside CMOS process" IEDM (1990) p.241-248、とを挙げ
ることができる。Si-MOS半導体装置は、素子微細
化によって高速化、高集積化が進められている。そし
て、サブミクロンレベルのCMOS回路の動作電流を高
め、さらに高速化するために、上記文献1に示されてい
るように、nチャネル、pチャネル両MOSトランジス
タ共、表面チャネル型にし、また、いわゆるデュアルゲ
ート(nチャネルMOSトランジスタのゲート電極には
n型ポリシリコンを、pチャネルMOSトランジスタの
ゲート電極にはp型ポリシリコン)を用いている。ま
た、ゲート抵抗低減のために、各ゲートポリシリコン上
に、低抵抗のシリサイドを被着している。このようなゲ
ート構造のレイアウト設計では、図2に示すように、n
型ポリシリコン6、p型ポリシリコン5を分離し、低抵
抗のシリサイド17を被着した後に、メタル層11を介
して相互に電気的に接続する。これは、n型ポリシリコ
ン6、p型ポリシリコン5を物理的に直接接合すると、
シリサイド中で不純物相互拡散がおこり、所望のしきい
値電圧を実現できなくなるからである。つまり、第一の
従来例(図2)には、ゲート5、6の分離のために素子面
積を低減できないという問題があった。一方、上記文献
2では、図3のように、デュアルゲートCMOSにおい
て、シリサイドの代わりに窒化チタン(TiN)7を被着
して、n型ポリシリコン6、p型ポリシリコン5を物理
的に直接接合する設計がなされている。TiN7は、低
抵抗で、かつ、シリサイドに比べて不純物の拡散速度が
小さいので不純物相互拡散を抑えられる。つまり、第二
の従来例(図3)では、素子面積を低減できる。ただし、
TiN7は、製造工程を進むうちにゲート絶縁膜に応力
を及ぼすようになるため、ホットキャリア特性を劣化さ
せるという問題がある。2. Description of the Related Art (1) Tetsuo Ito et al., "Prototype of 20 ps 0.1 μm CMOS device operating at room temperature" TECHNICAL REPORT OF IEICE. SDM92-137 (1993-01) p.1-6 (2) JRPfiester et al "A TiN strapped polysilicon gate cobalt saliside CMOS process" IEDM (1990) p. 241-248. Si-MOS semiconductor devices are being advanced in speed and integration due to element miniaturization. Then, in order to increase the operating current of the sub-micron level CMOS circuit and further speed it up, both the n-channel and p-channel MOS transistors are of the surface channel type as shown in the above-mentioned reference 1, and the so-called A dual gate (n-type polysilicon is used for the gate electrode of the n-channel MOS transistor and p-type polysilicon is used for the gate electrode of the p-channel MOS transistor) is used. Further, in order to reduce the gate resistance, low resistance silicide is deposited on each gate polysilicon. In the layout design of such a gate structure, as shown in FIG.
The type polysilicon 6 and the p-type polysilicon 5 are separated, a low-resistance silicide 17 is deposited, and then electrically connected to each other via the metal layer 11. This is because when the n-type polysilicon 6 and the p-type polysilicon 5 are physically directly joined,
This is because the impurity interdiffusion occurs in the silicide and the desired threshold voltage cannot be realized. That is, the first conventional example (FIG. 2) has a problem that the element area cannot be reduced because the gates 5 and 6 are separated. On the other hand, in the above-mentioned reference 2, as shown in FIG. 3, in a dual gate CMOS, titanium nitride (TiN) 7 is deposited instead of silicide, and the n-type polysilicon 6 and the p-type polysilicon 5 are physically directly attached. It is designed to be joined. Since TiN7 has a low resistance and the diffusion rate of impurities is lower than that of silicide, mutual diffusion of impurities can be suppressed. That is, in the second conventional example (FIG. 3), the element area can be reduced. However,
Since TiN7 exerts stress on the gate insulating film during the manufacturing process, it has a problem of degrading the hot carrier characteristics.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】以上二つの従来例に示
したように、デュアルゲートを用いた素子構造には、
(1)素子面積の低減、(2)ゲート絶縁膜応力によるホット
キャリア特性などの信頼性向上、という二つの課題があ
る。第一の従来例(図2)では前者の素子面積の問題、第
二の従来例(図3)では後者のゲート絶縁膜応力によるホ
ットキャリア特性の問題が未解決のままである。このよ
うに不純物拡散によるしきい値電圧の変動を抑え、か
つ、素子面積を低減するには、窒化チタンなど、シリサ
イド以外の低抵抗材料をゲートポリシリコン上に被着す
る必要がある。しかし、この時、この低抵抗材料による
応力により、ホットキャリア特性などの素子特性の信頼
性が低下する。この応力を低減するためには、ゲートポ
リシリコンを厚く、低抵抗材料を薄くし、適当な温度の
熱処理を加えることが必要である。しかし、ポリシリコ
ンを厚くすると、素子段差が増加し、加工が困難にな
る。また、低抵抗材料を薄くするとゲート抵抗が増加
し、動作速度が遅くなる。また、熱処理の追加は、薄膜
剥離や異常酸化の原因になりやすく、信頼性や歩留まり
の低下を招くという問題がある。このことは、冗長回路
を付加しにくく高速動作を目指した論理回路を構成する
場合に、特に問題となる。逆に言えば、低抵抗材料を薄
くせずに応力の低い構造を形成できれば、ゲート抵抗を
低減し、かつ信頼性を向上でき、さらなる高速化・集積
化が可能になるということである。As shown in the above two conventional examples, the device structure using the dual gate is
There are two issues: (1) reduction of the device area and (2) improvement of reliability such as hot carrier characteristics due to gate insulating film stress. In the first conventional example (FIG. 2), the former element area problem remains unsolved, and in the second conventional example (FIG. 3), the latter problem of hot carrier characteristics due to gate insulating film stress remains unsolved. Thus, in order to suppress the fluctuation of the threshold voltage due to the impurity diffusion and reduce the element area, it is necessary to deposit a low resistance material other than silicide such as titanium nitride on the gate polysilicon. However, at this time, the reliability of the device characteristics such as the hot carrier characteristics deteriorates due to the stress due to the low resistance material. In order to reduce this stress, it is necessary to thicken the gate polysilicon, thin the low resistance material, and apply heat treatment at an appropriate temperature. However, if the polysilicon is thickened, the step difference of the element increases and the processing becomes difficult. Further, when the low resistance material is made thin, the gate resistance increases, and the operation speed becomes slow. Further, the addition of the heat treatment tends to cause thin film peeling and abnormal oxidation, leading to a decrease in reliability and yield. This becomes a particular problem when a logic circuit is constructed in which it is difficult to add a redundant circuit and high-speed operation is intended. Conversely, if a structure with low stress can be formed without thinning the low-resistance material, the gate resistance can be reduced, the reliability can be improved, and higher speed and integration can be achieved.
【0004】従って本発明の目的とするところは、不純
物の異なる2つのポリシリコンを直接接続して素子面積
を低減し、かつゲート絶縁膜にかかる応力を低減するこ
とができる高集積・高信頼性・高速動作の半導体装置を
提供することである。本発明の他の目的は、配線層とし
て代用することにより、動作速度を向上できるゲート電
極を持つ半導体装置を提供することである。本発明の他
の目的は、低濃度ソース・ドレインを用いて、さらに素
子耐圧を向上し、素子寿命を伸ばせる高信頼性・高速動
作の半導体装置を提供することである。本発明の他の目
的は、既存のセルライブラリ利用の設計により、設計コ
ストを低減し、信頼性が高く、迅速に製作できる半導体
装置を提供することである。本発明の他の目的は、高集
積・高信頼性・高速動作のCMOS論理回路を提供する
ことである。Therefore, it is an object of the present invention to directly connect two polysilicons having different impurities to reduce the device area and to reduce the stress applied to the gate insulating film with high integration and high reliability. -To provide a high-speed operation semiconductor device. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device having a gate electrode that can improve the operating speed by substituting it for a wiring layer. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device of high reliability and high speed operation which uses a low-concentration source / drain to further improve the withstand voltage of the element and prolong the life of the element. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device which has a design using an existing cell library, which has a reduced design cost, is highly reliable, and can be manufactured quickly. Another object of the present invention is to provide a CMOS logic circuit with high integration, high reliability and high speed operation.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の代表的な実施形態(図1参照)は、活性化領
域直上のゲート電極構造として、上層/中間層/下層と
して、低抵抗材料(7)/低熱膨張率材料(8)/ポリシリ
コン(5、6)からなる三層構造を設けるものである。す
なわち、中間バッファ層の低熱膨張率材料(8)により上
層の低抵抗材料(7)としての窒化チタン(TiN)から下
層ポリシリコン(5、6)中への不純物相互拡散を抑制し
つつ、ゲート電極構造の低抵抗化を図る一方、SiO2
などの低熱膨張率材料(8)を中間バッファ層として設け
ることにより、不純物の異なる二つのポリシリコン
(5、6)を直接接続して素子面積を低減し、ゲート絶縁
膜(4)にかかる応力を低減するものである。尚、中間バ
ッファ層(8)の低熱膨張率材料としては、二酸化シリコ
ン(SiO2)を用いることができる。In order to solve the above-mentioned problems, a typical embodiment of the present invention (see FIG. 1) is a gate electrode structure immediately above an activation region, which is an upper layer / intermediate layer / lower layer. A three-layer structure composed of a low resistance material (7) / a low coefficient of thermal expansion (8) / polysilicon (5, 6) is provided. That is, while suppressing the interdiffusion of impurities from titanium nitride (TiN) as the low resistance material (7) of the upper layer into the lower polysilicon (5, 6) by the low thermal expansion material (8) of the intermediate buffer layer, While reducing the resistance of the electrode structure, SiO 2
By providing a low thermal expansion coefficient material (8) such as
By directly connecting (5, 6), the element area is reduced and the stress applied to the gate insulating film (4) is reduced. Silicon dioxide (SiO 2 ) can be used as the low thermal expansion coefficient material of the intermediate buffer layer (8).
【0006】尚、本発明の好適な実施形態としては、下
記の如き具体的な実施形態を採用することができる。例
えば、集積回路の回路動作速度向上のために、上記のゲ
ート電極構造はそのまま、集積回路の配線層として用い
られる。また、信頼性向上のため、高不純物濃度ソース
・ドレインに低不純物濃度ソース・ドレインが付加され
る。また、さらに応力低減するために、ゲートポリシリ
コンを加工後、上記低熱膨張率材料の中間バッファ層
は、ウエットエッチングされる。また、上記の素子構造
を用いて、セルライブラリ財産を利用できる半導体集積
回路装置を構成し、設計容易化を図るものである。ま
た、上記の素子構造を用いて、CMOS論理回路が構成
される。As a preferred embodiment of the present invention, the following specific embodiments can be adopted. For example, in order to improve the circuit operation speed of the integrated circuit, the above gate electrode structure is used as it is as a wiring layer of the integrated circuit. Further, in order to improve reliability, low impurity concentration source / drain is added to high impurity concentration source / drain. Further, in order to further reduce the stress, after processing the gate polysilicon, the intermediate buffer layer of the low thermal expansion coefficient material is wet-etched. Further, by using the above-mentioned element structure, a semiconductor integrated circuit device which can utilize the property of the cell library is configured to facilitate the design. A CMOS logic circuit is constructed using the above element structure.
【0007】[0007]
【作用】本発明の代表的な実施形態(図1参照)では、窒
化チタン(TiN)などの低抵抗材料(7)をポリシリコン
(5、6)上に被着して、ゲート抵抗を低減し、高速動作
する半導体装置を実現できる。また、活性化領域の上
で、上層低抵抗材料(7)と下層ポリシリコン(5、6)の
間に、二酸化シリコン(SiO2)などの低熱膨張率材料
を中間バッファ層(8)として挿入した構成をしている。
この構成により、従来の低抵抗材料とポリシリコンの間
に生じていた応力が低減され、ゲート耐圧、耐ホットキ
ャリア特性を向上でき、高信頼性の半導体装置を実現で
きる。また、上層低抵抗材料(7)として窒化チタン(T
iN)を用いることによって、不純物の相互拡散を抑え
ることができる。これにより、nチャネルトランジスタ
とpチャネルトランジスタとを従来より近づけて設計で
きるようになるので、素子面積が低減し、高速、高集積
の半導体装置を実現できる。さらに、上記二層構造と上
記三層構造の少なくともいずれか一方の多層構造を、配
線層として用いることにより、回路面積を低減し、高速
動作する半導体装置を実現できる。さらに、低濃度ソー
ス・ドレインを設けて、ドレイン端の電界を緩和し、信
頼性の高い微細素子を実現し、高速動作可能な素子を実
現できる。また、ゲートポリシリコンを加工後、バッフ
ァ層を、ウエットエッチングして、効果的な応力低減を
行うことができる。また、セルライブラリ財産を利用で
きる半導体装置を構成できるので、設計容易化を図れ
る。また、高速、高信頼性のCMOS論理回路を構成で
きる。In a typical embodiment of the present invention (see FIG. 1), a low resistance material (7) such as titanium nitride (TiN) is used as polysilicon.
It is possible to realize a semiconductor device which is deposited on (5, 6) to reduce the gate resistance and operates at high speed. Also, a low coefficient of thermal expansion material such as silicon dioxide (SiO 2 ) is inserted as an intermediate buffer layer (8) between the upper layer low resistance material (7) and the lower layer polysilicon (5, 6) on the activation region. It has a configuration.
With this configuration, the stress generated between the conventional low resistance material and polysilicon can be reduced, the gate breakdown voltage and the hot carrier resistance can be improved, and a highly reliable semiconductor device can be realized. In addition, titanium nitride (T
By using iN), mutual diffusion of impurities can be suppressed. As a result, the n-channel transistor and the p-channel transistor can be designed closer to each other than in the conventional case, so that the element area can be reduced and a high-speed and highly integrated semiconductor device can be realized. Furthermore, by using at least one of the above-mentioned two-layer structure and the above-mentioned three-layer structure as a wiring layer, it is possible to realize a semiconductor device that reduces the circuit area and operates at high speed. Further, by providing a low concentration source / drain, the electric field at the drain end can be relaxed, a highly reliable fine element can be realized, and an element capable of high-speed operation can be realized. After processing the gate polysilicon, the buffer layer can be wet-etched to effectively reduce the stress. In addition, since a semiconductor device that can utilize the cell library property can be configured, the design can be facilitated. Further, a high speed and highly reliable CMOS logic circuit can be constructed.
【0008】[0008]
【実施例】図1により、本発明の第一の実施例を説明す
る。図1は、本発明を用いて構成したCMOSインバー
タであり、p型ポリシリコンゲート(図1(b)の5)を持
つpチャネルMOSトランジスタと、n型ポリシリコン
ゲート(図1(b)の6)を持つnチャネルMOSトランジ
スタより構成されている。図1において、(a)はレイア
ウト図、(b)と(c)とはレイアウト図(a)中のAA’、B
B’における断面図である。また、Vccは高電位電源、
Vssは低電位電源、Vinは入力信号電圧、Voutは出力
信号電圧である。本素子構造の特徴は、ゲートにあり、
シリコン基板1、p型ウエル2、n型ウエル3、ゲート
絶縁膜4、素子分離絶縁膜9、ソース・ドレイン10な
どは、通常の素子構造と同様のものである。以下、従来
例との比較から、本発明素子構造の特徴を説明する。こ
の第一の実施例(図1)と前記第一の従来例(図2)との違
いは、不純物の異なる二つのポリシリコン5、6を直接
接触するように形成し、セル面積低減を実現しているこ
とである。第一の従来例(図2)では、ゲートポリシリコ
ン5、6の上のシリサイド17中の不純物拡散が大きい
ので、これらのポリシリコン5、6を直接接触させるこ
とはできなかった。これに対して図1の本素子構造で
は、ゲートポリシリコン5、6上に被着する低抵抗材料
7として不純物拡散を抑えられる窒化チタンTiNを用
いることによってこの問題に対処している。低抵抗材料
7としてのTiNの厚さは、100nmである。ポリシ
リコン中の不純物の一部は窒化チタンに吸収されるが、
その量はわずかで、かつ、ポリシリコン中に再拡散しな
いので、二つのポリシリコン5、6の直接接続が可能に
なる。また本素子構造では二つのポリシリコン5、6の
接続界面と活性化領域110との距離を、0.4μmま
で小さくしても、不純物拡散によるしきい値電圧の変動
を抑えることができる。尚、TiNは、プロセス容易
性、耐熱性等の要求から、Ta、Ti、Mo等の遷移金
属の硼素化合物、炭素化合物、窒素化合物等と置き換え
ることができる。この置換は、後述の実施例についても
同様である。また、第一の実施例(図1)と前記第二の従
来例(図3)との違いは、上層低抵抗材料(TiN)7と下
層ポリシリコン5、6の間に、中間バッファ層8を設け
ていることである。本実施例では、面積低減に加えて、
この中間バッファ層8によって、チャネル領域のゲート
酸化膜4にかかる応力を低減し、信頼性を高めている。
第二の従来例(図3)では、低抵抗材料7のTiNによる
応力が大きいため、ゲート耐圧、ホットキャリア寿命な
どの劣化がおこり、信頼性を低下させていた。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a CMOS inverter constructed by using the present invention, which includes a p-channel MOS transistor having a p-type polysilicon gate (5 in FIG. 1 (b)) and an n-type polysilicon gate (FIG. 1 (b)). 6) which is an n-channel MOS transistor. In FIG. 1, (a) is a layout diagram, and (b) and (c) are AA 'and B in the layout diagram (a).
It is sectional drawing in B '. Vcc is a high potential power source,
Vss is a low potential power supply, Vin is an input signal voltage, and Vout is an output signal voltage. The feature of this device structure lies in the gate,
The silicon substrate 1, the p-type well 2, the n-type well 3, the gate insulating film 4, the element isolation insulating film 9, the source / drain 10 and the like have the same structure as a normal element structure. The features of the device structure of the present invention will be described below by comparison with the conventional example. The difference between the first embodiment (FIG. 1) and the first conventional example (FIG. 2) is that two polysilicons 5 and 6 having different impurities are formed so as to be in direct contact with each other, and the cell area is reduced. Is what you are doing. In the first conventional example (FIG. 2), since the impurity diffusion in the silicide 17 on the gate polysilicons 5 and 6 is large, these polysilicons 5 and 6 cannot be directly contacted. On the other hand, in the present element structure of FIG. 1, titanium nitride TiN capable of suppressing impurity diffusion is used as the low resistance material 7 deposited on the gate polysilicons 5 and 6 to deal with this problem. The thickness of TiN as the low resistance material 7 is 100 nm. Some of the impurities in polysilicon are absorbed by titanium nitride,
Since the amount is small and does not re-diffuse into the polysilicon, direct connection between the two polysilicons 5 and 6 is possible. Further, in the present element structure, even if the distance between the connection interface between the two polysilicons 5 and 6 and the activation region 110 is reduced to 0.4 μm, fluctuations in the threshold voltage due to impurity diffusion can be suppressed. Incidentally, TiN can be replaced with a boron compound, a carbon compound, a nitrogen compound or the like of a transition metal such as Ta, Ti, Mo or the like in view of the requirements of process easiness, heat resistance and the like. This replacement is the same in the examples described later. Further, the difference between the first embodiment (FIG. 1) and the second conventional example (FIG. 3) is that the intermediate buffer layer 8 is provided between the upper layer low resistance material (TiN) 7 and the lower polysilicon layers 5 and 6. Is provided. In this embodiment, in addition to reducing the area,
The intermediate buffer layer 8 reduces the stress applied to the gate oxide film 4 in the channel region and enhances the reliability.
In the second conventional example (FIG. 3), the stress due to TiN of the low resistance material 7 is large, so that the gate breakdown voltage, hot carrier life, etc. are deteriorated and the reliability is lowered.
【0009】図1の実施例では、50nmの二酸化シリ
コンSiO2を中間バッファ層8として用いた。上記の
信頼性低下は、特にチャネル領域にかかる応力によって
引き起こされるので、中間バッファ層8は、最低限、チ
ャネル領域上のゲートに設ける必要がある。一方、ゲー
トの低抵抗化のためには、チャネル領域上以外では、低
抵抗材料7と下層ポリシリコン5、6とをしっかりと密
着させる必要がある。また、中間バッファ層8の最終形
状は、ゲートポリシリコンの加工によって決まるので、
中間バッファ層8の位置に関するマスク合わせ精度を考
慮する必要がないので、セル面積を低減することができ
る。この実施例のもう一つの特徴は、低抵抗材料7と下
層ポリシリコン5、6とを密着させる領域のレイアウト
設計、すなわち図1(a)の108である。この設計で
は、以下の理由により、ゲート加工を容易にし、信頼性
を上げられる。後に詳述するが、プロセス途中のゲート
加工直前において、108の内側では、上層のTiN7
/下層ポリシリコン5、6の2層構造、108の外側で
は、上層TiN/中間バッファ層SiO28/下層ポリ
シリコン5、6の3層構造と言う多層構造ができる。ゲ
ート加工時に、これら二つの多層構造の加工条件が異な
り、下地材料が削れる場合がある。本実施例のレイアウ
ト構造を用いれば、ウエハ面の大部分をチャネル近傍と
同じ多層構造にして、同条件で加工できるので、素子分
離絶縁膜や基板の削れる面積を最小にすることができ
る。In the embodiment of FIG. 1, 50 nm silicon dioxide SiO 2 was used as the intermediate buffer layer 8. Since the above-mentioned reliability deterioration is caused especially by the stress applied to the channel region, the intermediate buffer layer 8 should be provided at least on the gate on the channel region. On the other hand, in order to reduce the resistance of the gate, it is necessary to firmly adhere the low resistance material 7 and the lower polysilicon layers 5 and 6 except on the channel region. Further, since the final shape of the intermediate buffer layer 8 is determined by processing the gate polysilicon,
Since it is not necessary to consider the mask alignment accuracy regarding the position of the intermediate buffer layer 8, the cell area can be reduced. Another feature of this embodiment is the layout design of the region where the low resistance material 7 and the lower polysilicon layers 5 and 6 are in close contact, that is, 108 in FIG. 1 (a). This design facilitates gate processing and improves reliability for the following reasons. As will be described later in detail, just before the gate processing in the middle of the process, the upper layer of TiN7 is formed inside 108.
/ A lower layer polysilicon 5 and 6 has a two-layer structure, and an outer layer 108 has a multilayer structure of an upper layer TiN / intermediate buffer layer SiO 2 8 / lower layer polysilicon 5 and 6. At the time of processing the gate, the processing conditions of these two multi-layer structures are different, and the base material may be scraped. By using the layout structure of this embodiment, most of the wafer surface has the same multilayer structure as the vicinity of the channel and can be processed under the same conditions, so that the area where the element isolation insulating film or the substrate is shaved can be minimized.
【0010】次に、図1の実施例の素子構造を形成する
ためのプロセスフローの概略を、図4に示す。まず、図
4(a)のように、レジストを用いたイオン打ち込みによ
り半導体基板1上にp型ウエル2、n型ウエル3を形成
し、局所酸化法、あるいはそれを応用した技術により素
子分離用絶縁膜9を形成する。素子分離絶縁膜9の厚さ
は300nm程度であり、p型ウエル2、n型ウエル3
の不純物濃度は共に1017/cm3オーダーである。次に、図
4(b)のように、熱酸化によって半導体基板表面にゲー
ト絶縁膜4を形成して、ポリシリコンを被着した後、レ
ジスト12を用いて領域を制限し、不純物イオン打ち込
みを行うことにより、p型ポリシリコン5、n型ポリシ
リコン6を形成する。ゲート絶縁膜4は5nm程度、各
ポリシリコン5、6は、それぞれ、ボロン、リンを10
20/cm3程度ドープしたものである。次に、図4(c)
のように、中間バッファ層8を被着した後、レジスト1
2を用いて加工し、図1(a)の108の内側領域の中
間バッファ8を除去する。中間バッファ層8は次工程で
被着する低抵抗材料の応力を緩和するものであり、今回
50nmのSiO2を用いた。その後、図4(d)のよう
に、低抵抗材料7を被着する。すなわち、108の内側
では、TiN/ポリシリコン、108の外側では、Ti
N/SiO2/ポリシリコンという多層構造ができる。
低抵抗材料7には、100nmのTiNを用いている。
その後、図4(e)のように、レジスト12を用いて、低
抵抗材料7、中間バッファ8、ポリシリコン5、6をゲ
ート形状に加工する。そして図4(f)は、イオン打ち込
みによるソース、ドレイン拡散層(図示せず)の形成後、
層間絶縁膜13を被着し、コンタクトホールを加工した
後、配線用金属14を被着し加工したものであり、こう
して図1の実施例の素子構造の構成される。なお、低抵
抗材料加工後の熱処理は、ゲートの剥離や、熱応力発生
の原因になりやすいので、慎重なプロセス設計が必要で
ある。Next, FIG. 4 shows an outline of a process flow for forming the element structure of the embodiment shown in FIG. First, as shown in FIG. 4A, a p-type well 2 and an n-type well 3 are formed on a semiconductor substrate 1 by ion implantation using a resist, and a device for element isolation is formed by a local oxidation method or a technique applying it. The insulating film 9 is formed. The element isolation insulating film 9 has a thickness of about 300 nm, and has a p-type well 2 and an n-type well 3
Both have an impurity concentration of the order of 10 17 / cm 3 . Next, as shown in FIG. 4B, a gate insulating film 4 is formed on the surface of the semiconductor substrate by thermal oxidation, polysilicon is deposited, and then a region is limited by using a resist 12, and impurity ion implantation is performed. By doing so, p-type polysilicon 5 and n-type polysilicon 6 are formed. The gate insulating film 4 has a thickness of about 5 nm, and the polysilicon layers 5 and 6 contain boron and phosphorus, respectively.
It is about 20 / cm 3 doped. Next, FIG. 4 (c)
After depositing the intermediate buffer layer 8 as in
2 is used to remove the intermediate buffer 8 in the inner region 108 of FIG. The intermediate buffer layer 8 relaxes the stress of the low resistance material to be deposited in the next step, and this time, SiO 2 of 50 nm was used. Then, as shown in FIG. 4D, the low resistance material 7 is deposited. That is, TiN / polysilicon inside 108 and Ti outside 108.
A multilayer structure of N / SiO 2 / polysilicon is formed.
As the low resistance material 7, 100 nm TiN is used.
After that, as shown in FIG. 4E, the resist 12 is used to process the low resistance material 7, the intermediate buffer 8, and the polysilicons 5 and 6 into a gate shape. Then, FIG. 4F shows that after the source and drain diffusion layers (not shown) are formed by ion implantation,
The interlayer insulating film 13 is deposited, the contact hole is processed, and then the wiring metal 14 is deposited and processed. Thus, the element structure of the embodiment of FIG. 1 is constituted. The heat treatment after processing the low-resistance material is likely to cause peeling of the gate and generation of thermal stress, so careful process design is necessary.
【0011】図5により、本発明の第二の実施例のCM
OSインバータを示す。本実施例と第一の実施例(図1)
の違いは、低抵抗材料7とポリシリコン5、6を密着さ
せる領域のレイアウト設計である。本実施例では、低抵
抗材料被着時には、図5(a)の208の内側にのみ、中
間バッファ層8を残しておく。つまり、ゲート加工時、
208の内側では、TiN/SiO2/ポリシリコン、
208の外側では、TiN/ポリシリコンという多層構
造ができる。すなわち、ウエハの大部分の領域におい
て、ポリシリコン5、6と低抵抗材料8とが直接被着す
る。この領域は、バッファ層をはさむ領域に比べて、低
抵抗材料が剥離しにくいという特徴があり、プロセス上
の不良を抑制し歩留まりを上げることができる。ただ
し、本実施例では、ゲート加工時に、下地材料が削れる
可能性があるので、選択性の良いドライエッチング技術
を用いることが必要である。なお、本実施例を形成する
ためのプロセスフローは、このドライエッチング技術を
除けば、第一の実施例のそれと同様である。Referring to FIG. 5, the CM according to the second embodiment of the present invention.
An OS inverter is shown. This embodiment and the first embodiment (Fig. 1)
The difference is the layout design of the region where the low resistance material 7 and the polysilicons 5 and 6 are in close contact with each other. In this embodiment, the intermediate buffer layer 8 is left only inside 208 of FIG. 5A when the low resistance material is deposited. In other words, when processing the gate,
Inside 208, TiN / SiO 2 / polysilicon,
Outside of 208, a TiN / polysilicon multilayer structure is created. That is, the polysilicon 5, 6 and the low resistance material 8 are directly deposited on most of the area of the wafer. Compared with the region sandwiching the buffer layer, this region is characterized in that the low-resistance material is less likely to peel off, and it is possible to suppress process defects and increase the yield. However, in this embodiment, since the base material may be scraped during the gate processing, it is necessary to use a dry etching technique having good selectivity. The process flow for forming this embodiment is the same as that of the first embodiment except for this dry etching technique.
【0012】次に、図6より、本発明の第三の実施例の
CMOSインバータを示す。第一の実施例との違いは、
一度形成したバッファ層8を除去して、低抵抗材料Ti
N7と、ポリシリコン5、6の間の空隙15を形成する
ことである。この空隙15には、層間膜材料7がほぼ再
充填されるが、BPSG(ボロン・フォスフォ・シリケ
ートガラス)等の層間膜はヤング率が小さく、密着性も
よくないので、低抵抗材料7の応力がポリシリコンに直
接伝わりにくく、ゲート絶縁膜にかかる応力を低減で
き、ゲート耐圧、ホットキャリア耐圧等の信頼性を上げ
ることができる。Next, FIG. 6 shows a CMOS inverter according to a third embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is
The buffer layer 8 once formed is removed, and the low resistance material Ti
A void 15 is formed between N7 and the polysilicons 5 and 6. The void 15 is almost refilled with the interlayer film material 7. However, since the interlayer film such as BPSG (boron / phosphosilicate / silicate glass) has a small Young's modulus and poor adhesion, the stress of the low resistance material 7 is reduced. Is less likely to be directly transmitted to polysilicon, stress applied to the gate insulating film can be reduced, and reliability such as gate breakdown voltage and hot carrier breakdown voltage can be improved.
【0013】次に、図6の第三の実施例の素子構造を形
成するためのプロセスフローの概略を図7に示す。図7
(a)は、第一の実施例のプロセスフロー図4(e)に対応
するものであり、ここまでの工程は、第一の実施例と同
じである。図7(a)では、レジスト12を用いて、低抵
抗材料TiN7、中間バッファ層8を用いたゲートを加
工する。本実施例のプロセスのポイントは、中間バッフ
ァ層材料8として特にウエットエッチング速度の大きい
材料を用いることである。中間バッファ層材料8として
本実施例では、50nmの膜厚のSiO2蒸着膜を用い
ている。そして、図7(b)では、HF水溶液を用いたエ
ッチングにより、中間バッファ材料8を除去することに
より空隙15が形成される。この時、バッファ層以外の
材料もエッチングされるが、SiO2蒸着膜との選択比
が大きいので、それらの削れは小さく、エッチング精度
上の問題はない。たとえば、低抵抗材料のTiN7、ゲ
ート用ポリシリコン5、6は、ほとんど削れず、素子分
離絶縁膜9は、15nm程度の削れである。その後、図
7(c)の工程でこの空隙15にはBPSGの如き流動性
の高いガラスの絶縁膜である層間絶縁膜が再充填され
る。図7(c)は層間絶縁膜膜13および、配線層14の
形成工程である。層間膜13は、ヤング率が小さく、密
着性もよくないBPSG膜350nmである。この層間
膜材料は、15の領域にほぼ充填されるが、低抵抗材料
の応力がポリシリコンに直接伝わりにくいので、応力を
緩和したゲート構造が形成できる。一方、この工程(c)
にドライエッチングを用いた層間膜平坦化技術を用いれ
ば、段差を抑えてさらに歩留まりの高い半導体装置を実
現できる。Next, FIG. 7 shows an outline of a process flow for forming the element structure of the third embodiment of FIG. Figure 7
(a) corresponds to the process flow chart 4 (e) of the first embodiment, and the steps up to this point are the same as in the first embodiment. In FIG. 7A, the resist 12 is used to process the gate using the low resistance material TiN 7 and the intermediate buffer layer 8. The point of the process of this embodiment is to use a material having a particularly high wet etching rate as the intermediate buffer layer material 8. In this embodiment, as the intermediate buffer layer material 8, a SiO 2 vapor deposition film having a film thickness of 50 nm is used. Then, in FIG. 7B, the void 15 is formed by removing the intermediate buffer material 8 by etching using an HF aqueous solution. At this time, materials other than the buffer layer are also etched, but since their selection ratio with respect to the SiO 2 vapor deposition film is large, their scraping is small and there is no problem in etching accuracy. For example, the low-resistance material TiN 7 and the gate polysilicons 5 and 6 are scarcely shaved, and the element isolation insulating film 9 is shaved to about 15 nm. Thereafter, in the step of FIG. 7C, the void 15 is refilled with an interlayer insulating film which is an insulating film made of glass having high fluidity such as BPSG. FIG. 7C shows a step of forming the interlayer insulating film 13 and the wiring layer 14. The interlayer film 13 is a 350 nm BPSG film having a small Young's modulus and poor adhesion. Although this interlayer film material is almost filled in the region of 15, the stress of the low resistance material is difficult to be directly transmitted to the polysilicon, so that the gate structure in which the stress is relaxed can be formed. On the other hand, this step (c)
If the interlayer film flattening technique using dry etching is used for the semiconductor device, it is possible to suppress a step and realize a semiconductor device with a higher yield.
【0014】次に、図8より本発明の第四の実施例のC
MOSインバータを示す。本実施例と第一の実施例(図
1)の違いは、低不純物濃度ソース、ドレイン領域16
を形成したこと、および、その形成のための絶縁物側壁
19を設けたことである。本実施例の低不純物濃度ドレ
イン領域16によって、ドレイン接合付近の電界の緩和
され、さらに耐ホットキャリア特性を高めることがで
き、信頼性の高い半導体装置を実現できる。なお、本実
施例は、第一の実施例(図1)に低不純物濃度ソース、ド
レイン領域16を設けたものだが、その他の実施例にこ
れを設けても同様の効果が得られることは言うまでもな
い。Next, referring to FIG. 8, C of the fourth embodiment of the present invention.
A MOS inverter is shown. The difference between this embodiment and the first embodiment (FIG. 1) is that the low impurity concentration source / drain region 16
Is formed, and the insulating material side wall 19 is provided for the formation. The low-impurity-concentration drain region 16 of the present embodiment can alleviate the electric field near the drain junction, further improve the hot carrier resistance, and realize a highly reliable semiconductor device. In this embodiment, the low impurity concentration source / drain region 16 is provided in the first embodiment (FIG. 1), but it is needless to say that the same effect can be obtained by providing it in other embodiments. Yes.
【0015】次に、図8の素子構造を形成するためのプ
ロセスフローの概略を図9に示す。図9(a)は、第一の
実施例のプロセスフロー図4(e)に対応するものであ
り、ここまでの工程は、第一の実施例と同じである。図
9(a)では、レジスト12を用いて、低抵抗材料7、中
間バッファ層8を用いたゲートを加工する。続いて、図
9(b)のように、イオン注入により低不純物濃度ソー
ス、ドレイン領域16を形成した後、側壁形成用絶縁膜
18としてSiO2200nmを被着する。図9(c)
は、異方性ドライエッチングによりSiO2を加工し、
絶縁物側壁19を形成した後、イオン注入により高不純
物ソース・ドレイン領域10を形成する工程であり、こ
のあと、層間絶縁膜、金属配線層を設けて半導体装置が
実現される。Next, FIG. 9 shows an outline of a process flow for forming the device structure of FIG. FIG. 9A corresponds to the process flow chart 4E of the first embodiment, and the steps up to this point are the same as those in the first embodiment. In FIG. 9A, the resist 12 is used to process the gate using the low resistance material 7 and the intermediate buffer layer 8. Subsequently, as shown in FIG. 9B, after the low impurity concentration source and drain regions 16 are formed by ion implantation, SiO 2 200 nm is deposited as the sidewall forming insulating film 18. Figure 9 (c)
Processed SiO 2 by anisotropic dry etching,
This is a step of forming the high-impurity source / drain region 10 by ion implantation after forming the insulator side wall 19, and thereafter, an interlayer insulating film and a metal wiring layer are provided to realize a semiconductor device.
【0016】以上、本発明の第一から第四の実施例は、
CMOSインバータを構成したものだが、本ゲート構造
を単体のMOSトランジスタに適用しても、ゲート絶縁
膜にかかる応力を緩和できる。また、種類または濃度の
異なる不純物を含むポリシリコンを直接接続するレイア
ウト設計を持つCMOSインバータ以外の回路構成に適
用しても、抵抗低減、応力緩和、不純物拡散抑制など、
前記実施例と同等の効果が得られることもいうまでもな
い。As described above, the first to fourth embodiments of the present invention are as follows.
Although it is a CMOS inverter, the stress applied to the gate insulating film can be relaxed even if the present gate structure is applied to a single MOS transistor. Also, when applied to a circuit configuration other than a CMOS inverter having a layout design in which polysilicon containing impurities of different types or concentrations are directly connected, resistance reduction, stress relaxation, impurity diffusion suppression, etc.
It goes without saying that the same effect as that of the above embodiment can be obtained.
【0017】図10は、本発明の第五の実施例の2入力
NANDゲート回路のセルレイアウトであり、上記の効
果が得られる。図中、IN1、IN2は入力信号電圧、
OUTは出力信号電圧である。また、本実施例では、下
記の理由により、ゲート間隔を狭くして面積を低減する
ことも可能である。2NANDゲートのように、ゲート
が複数、平行に配置されているレイアウト設計におい
て、従来技術により、n型、p型ポリシリコンを配線層
で電気的に接続する場合には、コンタクトを形成するた
めのマスク合わせ余裕が必要であった。本実施例では、
このマスク余裕が必要でないため、ゲートを狭い間隔で
配置することができ、さらなる面積低減が可能というこ
とである。FIG. 10 is a cell layout of a two-input NAND gate circuit according to the fifth embodiment of the present invention, and the above effect can be obtained. In the figure, IN1 and IN2 are input signal voltages,
OUT is an output signal voltage. Further, in this embodiment, it is possible to reduce the area by narrowing the gate interval for the following reason. In a layout design in which a plurality of gates are arranged in parallel, such as a 2NAND gate, in the case of electrically connecting n-type and p-type polysilicon by a wiring layer by a conventional technique, a contact is formed. A mask alignment margin was needed. In this embodiment,
Since this mask margin is not required, the gates can be arranged at narrow intervals, and the area can be further reduced.
【0018】次に、図11から図15を用いて、本発明
による性能改善を説明する。まず、図11は、本発明の
中間バッファ層による応力低減効果を示したものであ
る。TiNなどの低抵抗材料を用いると、従来例2のよ
うに応力が大きくなるが、本発明の中間バッファ層を設
けることによって、応力を従来例1なみに下げることが
できる。中間バッファ層にSiO2を用いた場合、必要
なバッファ層の厚さは、50nm程度である。Next, the performance improvement according to the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 15. First, FIG. 11 shows the stress reduction effect of the intermediate buffer layer of the present invention. When a low resistance material such as TiN is used, the stress increases as in Conventional Example 2, but the stress can be reduced to the level of Conventional Example 1 by providing the intermediate buffer layer of the present invention. When SiO 2 is used for the intermediate buffer layer, the required thickness of the buffer layer is about 50 nm.
【0019】次に、図12よりホットキャリア寿命を示
す。従来例2のようにTiNをゲートポリシリコン上に
被着した場合には、応力が大きいため、ホットキャリア
寿命が短くなっていた。本発明では、応力を緩和できる
ので、TiNを用いているにもかかわらず、ホットキャ
リア寿命を従来例1なみに伸ばすことができている。Next, FIG. 12 shows the hot carrier life. When TiN was deposited on the gate polysilicon as in Conventional Example 2, the stress was large and the hot carrier life was short. Since the stress can be relaxed in the present invention, the hot carrier life can be extended to the level of Conventional Example 1 even though TiN is used.
【0020】次に、図13よりポリシリコンを直接接合
したことによるしきい値電圧の変動を示す。従来例1の
素子構造において、ポリシリコンを直接接続した場合に
は、シリサイドを通して不純物が大きく拡散し、図13
のように、接合の近くでしきい値電圧が大きく変動して
しまう。一方、本発明の素子構造の場合、n型/p型ポ
リシリコン界面と活性化領域の間隔を、最小0.4μm
まで近づけても、しきい値電圧の変動を0.01V以下
に抑えることができている。Next, FIG. 13 shows the fluctuation of the threshold voltage due to the direct junction of polysilicon. In the device structure of Conventional Example 1, when polysilicon is directly connected, impurities are largely diffused through the silicide, and FIG.
As described above, the threshold voltage fluctuates greatly near the junction. On the other hand, in the case of the device structure of the present invention, the distance between the n-type / p-type polysilicon interface and the activation region is set to a minimum of 0.4 μm.
Even if they are brought close to each other, the fluctuation of the threshold voltage can be suppressed to 0.01 V or less.
【0021】次に、図14より、素子面積について示
す。素子の微細化が、サブミクロンレベルまで進むにつ
れて、n/p型ポリシリコンゲート適用が必須になる。
このとき、従来例1では、ポリシリコン接合部の面積を
低減できず、セル面積が大きくなってしまう。本発明で
は、不純物拡散速度が小さく、かつ、低抵抗の材料をゲ
ートポリシリコンに被着するため、従来例2と同様に、
セル面積を低減できる。Next, FIG. 14 shows the element area. As device miniaturization progresses to the submicron level, application of n / p type polysilicon gates becomes essential.
At this time, in Conventional Example 1, the area of the polysilicon junction cannot be reduced and the cell area becomes large. In the present invention, since a material having a low impurity diffusion rate and a low resistance is deposited on the gate polysilicon, as in Conventional Example 2,
The cell area can be reduced.
【0022】次に、図15より、設計の高効率化につい
て、第六の実施例用いて説明する。本実施例は、過去の
レイアウト設計データを小修正・再利用して、大規模な
論理回路の設計を実現したものである。つまり、本発明
素子構造を用いた場合のレイアウトセルは、かつてp型
ポリシリコンゲートを用いていなかった場合のセルと、
ほぼ相似形となる。そのため、その小修正したセルを用
いて、迅速に機能レベルのレイアウトを行うことができ
る。さらに、かつて行っていた機能レベルのレイアウト
が、ビルディングブロック方式であった場合には、その
データも再利用することができ、設計の高効率化が図れ
る。このように、かつて蓄積されてきた信頼性のある設
計データを再利用して、設計コストを低減した、信頼性
の高いチップを、迅速に製作できる。また、このような
設計方式を用いてチップを用いて、高集積高信頼性の計
算機システムを構成することができる。なお、レイアウ
トセルにおける本発明の素子構造のバッファ層は、活性
化領域の拡大などの演算により、設計データを自動発生
することも可能である。Next, referring to FIG. 15, the efficiency improvement of the design will be described with reference to the sixth embodiment. In the present embodiment, a large-scale logic circuit design is realized by slightly modifying and reusing past layout design data. That is, the layout cell using the element structure of the present invention is the same as the cell using no p-type polysilicon gate in the past.
It is almost similar. Therefore, it is possible to quickly perform a functional level layout using the slightly modified cell. Furthermore, if the function level layout that was performed before was the building block method, the data can be reused, and the design efficiency can be improved. In this way, the reliable design data accumulated once can be reused to rapidly manufacture a highly reliable chip with a reduced design cost. Further, a highly integrated computer system with high reliability can be configured by using a chip using such a design method. The buffer layer of the element structure of the present invention in the layout cell can automatically generate design data by calculation such as expansion of the active region.
【0023】また、本発明のゲートは、低抵抗であるた
め、これを直接配線層として用いることも可能であり、
配線長を低減することによる高速化の効果も得られる。Since the gate of the present invention has a low resistance, it can be directly used as a wiring layer.
An effect of speeding up is also obtained by reducing the wiring length.
【0024】[0024]
【発明の効果】本発明によれば、不純物の異なる2つの
ポリシリコンを直接接続して素子面積を低減し、かつゲ
ート絶縁膜にかかる応力を低減することができる高集積
・高信頼性・高速動作の半導体装置を提供することが可
能となる。According to the present invention, high integration, high reliability and high speed can be achieved by directly connecting two polysilicons having different impurities to reduce the element area and reduce the stress applied to the gate insulating film. It is possible to provide an operating semiconductor device.
【図1】本発明の第一の実施例のCMOSインバータ素
子を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a CMOS inverter element according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第一の従来例のCMOSインバータ素
子を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a CMOS inverter element of a first conventional example of the present invention.
【図3】本発明の第二の従来例のCMOSインバータ素
子を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a CMOS inverter element of a second conventional example of the present invention.
【図4】本発明の第一の実施例のプロセスフローを示す
図である。FIG. 4 is a diagram showing a process flow of the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第二の実施例のCMOSインバータ素
子を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a CMOS inverter element according to a second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第三の実施例のCMOSインバータ素
子を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a CMOS inverter device according to a third embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第三の実施例のプロセスフローを示す
図である。FIG. 7 is a diagram showing a process flow of a third embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第四の実施例のCMOSインバータ素
子を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a CMOS inverter device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第四の実施例のプロセスフローを示す
図である。FIG. 9 is a diagram showing a process flow of a fourth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第五の実施例のCMOS−2入力N
AND素子を示す図である。FIG. 10 is a CMOS-2 input N of the fifth embodiment of the present invention.
It is a figure which shows an AND element.
【図11】本発明による応力特性の改善の効果を示す図
である。FIG. 11 is a diagram showing an effect of improving stress characteristics according to the present invention.
【図12】本発明によるホットキャリア寿命の改善を示
す図である。FIG. 12 is a diagram showing the improvement of hot carrier life according to the present invention.
【図13】本発明による不純物拡散によるしきい値電圧
変動の改善を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing improvement in threshold voltage fluctuation due to impurity diffusion according to the present invention.
【図14】本発明によるセル面積の低減を示す図であ
る。FIG. 14 is a diagram showing a reduction in cell area according to the present invention.
【図15】本発明の第六の実施例のセルライブラリを用
いた設計を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a design using a cell library according to a sixth embodiment of the present invention.
1…半導体基板、2…p型ウエル、3…n型ウエル、4
…ゲート絶縁膜、5…ゲート用p型ポリシリコン、6…
ゲート用n型ポリシリコン、7…低抵抗材料(TiN)、
8…バッファ層(SiO2)、9…素子分離用絶縁膜、1
0…ソース・ドレイン領域、11…金属配線層、12…
レジスト、13…層間絶縁膜、14…配線層金属、15
…空隙領域、16…低不純物濃度ソース・ドレイン領
域、17…シリサイド、18…側壁用絶縁膜、19…絶
縁膜による側壁、30…セル、31…ブロック、32…
配線、103…n型ウエル領域(p型ウエルは反転領
域)、105…p型ゲート電極、106…n型ゲート電
極、107…ゲート電極、108…SiO2除去領域、
110…活性化領域、208…SiO2除去領域の反
転。1 ... Semiconductor substrate, 2 ... P-type well, 3 ... N-type well, 4
... Gate insulating film, 5 ... P-type polysilicon for gate, 6 ...
N-type polysilicon for gate, 7 ... Low resistance material (TiN),
8 ... Buffer layer (SiO 2 ), 9 ... Insulating film for element isolation, 1
0 ... Source / drain region, 11 ... Metal wiring layer, 12 ...
Resist, 13 ... Interlayer insulating film, 14 ... Wiring layer metal, 15
... Void region, 16 ... Low impurity concentration source / drain region, 17 ... Silicide, 18 ... Sidewall insulating film, 19 ... Sidewall by insulating film, 30 ... Cell, 31 ... Block, 32 ...
Wiring, 103 ... N-type well region (p-type well is an inversion region), 105 ... P-type gate electrode, 106 ... N-type gate electrode, 107 ... Gate electrode, 108 ... SiO 2 removal region,
110 ... Reversal of activation area, 208 ... SiO 2 removal area.
フロントページの続き (72)発明者 横山 夏樹 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内Front page continuation (72) Inventor Natsuki Yokoyama 1-280 Higashi Koigokubo, Kokubunji, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.
Claims (7)
有するPチャネルMOSトランジスタとN型不純物ドー
プポリシリコンのゲートを有するNチャネルMOSトラ
ンジスタとを半導体基板上に具備してなり、 上記P型不純物ドープポリシリコンと上記N型不純物ド
ープポリシリコンとがが物理的に直接接続されてなり、 上記P型不純物ドープポリシリコンと上記N型不純物ド
ープポリシリコンとの上記直接接続の接続部分のポリシ
リコンの上には金属化合物からなる低抵抗材料が直接被
着され、 上記PチャネルMOSトランジスタおよび上記Nチャネ
ルMOSトランジスタのそれぞれの活性化領域の上のポ
リシリコンには上記低抵抗材料が直接被着されていない
ことを特徴とする半導体装置。1. A P-channel MOS transistor having a gate of P-type impurity-doped polysilicon and an N-channel MOS transistor having a gate of N-type impurity-doped polysilicon are provided on a semiconductor substrate. The polysilicon and the N-type impurity-doped polysilicon are physically directly connected, and the P-type impurity-doped polysilicon and the N-type impurity-doped polysilicon are directly connected to each other over the polysilicon at the connection portion. Is directly deposited with a low resistance material made of a metal compound, and the low resistance material is not directly deposited on the polysilicon over the active regions of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor. A semiconductor device characterized by the above.
はシリコンより熱膨張率の小さい低膨張率材料を介して
上記低抵抗材料が形成されていることを特徴とする請求
項1に記載の半導体装置。2. The low resistance material is formed on the polysilicon on the active region through a low expansion material having a thermal expansion coefficient smaller than that of silicon. Semiconductor device.
/上記低熱膨張率材料/ポリシリコンの三層構造のゲー
ト電極が形成され、 上記接続部分の上では上記低抵抗材料/上記ポリシリコ
ンの二層構造のゲート電極が形成されてなることを特徴
とする請求項1また請求項2に記載の半導体装置。3. A gate electrode having a three-layer structure of the low resistance material / the low coefficient of thermal expansion / polysilicon is formed immediately above the activation region, and the low resistance material / the polysilicon above the connection portion. 3. The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the gate electrode having a two-layer structure is formed.
金属化合物であることを特徴とする請求項1から請求項
3までのいずれかに記載の半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal compound as the low resistance material is a transition metal compound.
うちのいずれか、遷移金属の、硼素化合物、炭素化合
物、又は窒素化合物を用いることを特徴とする、上記請
求項1から3の半導体装置。5. The semiconductor according to any one of claims 1 to 3, wherein the transition metal compound is any one of Ta, Ti and Mo, and a transition metal such as a boron compound, a carbon compound or a nitrogen compound. apparatus.
を用いたことを特徴とする請求項2から請求項5までの
いずれかに記載の半導体装置。6. The semiconductor device according to claim 2, wherein silicon dioxide is used as the low thermal expansion coefficient material.
いずれか一方の多層構造を、配線層として用いることを
特徴とする請求項3からの請求項6までのいずれかに記
載の半導体装置。7. The semiconductor device according to claim 3, wherein at least one of the two-layer structure and the three-layer structure is used as a wiring layer. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5307724A JPH07161824A (en) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5307724A JPH07161824A (en) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | Semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07161824A true JPH07161824A (en) | 1995-06-23 |
Family
ID=17972492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5307724A Pending JPH07161824A (en) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07161824A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0977265A1 (en) * | 1998-07-30 | 2000-02-02 | STMicroelectronics S.r.l. | Circuit structure comprising a parasitic transistor having a very high threshold voltage |
| CN113035688A (en) * | 2019-12-09 | 2021-06-25 | 华润微电子(重庆)有限公司 | Semiconductor structure and manufacturing method thereof |
-
1993
- 1993-12-08 JP JP5307724A patent/JPH07161824A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0977265A1 (en) * | 1998-07-30 | 2000-02-02 | STMicroelectronics S.r.l. | Circuit structure comprising a parasitic transistor having a very high threshold voltage |
| US6642582B1 (en) | 1998-07-30 | 2003-11-04 | Stmicroelectronics S.R.L. | Circuit structure with a parasitic transistor having high threshold voltage |
| CN113035688A (en) * | 2019-12-09 | 2021-06-25 | 华润微电子(重庆)有限公司 | Semiconductor structure and manufacturing method thereof |
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