JP2820152B2 - Method for manufacturing semiconductor memory device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor memory deviceInfo
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- misfet
- misfets
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B20/00—Read-only memory [ROM] devices
Landscapes
- Read Only Memory (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体集積回路装置に関し、特に、半導体
記憶装置であるマスクROM(Read Only Memory)のメモ
リセルへの情報の書き込みに適用して有効な技術に関す
るものである。
〔従来の技術〕
マスクROMにおいては、通常、MISFETによりメモリセ
ルが構成され、このメモリセルへの情報の書き込みは、
前記MISFETのしきい値電圧を制御することにより行われ
る。
このマスクROMの一種として、縦ROMが公知である(例
えば、特開昭52−30388号公報)。この縦ROMにおいて
は、データ線とワード線との各交点にMISFETから成るメ
モリセルがそれぞれ設けられ、これらのメモリセルが複
数個直列接続され、さらにこのメモリセル列が複数配列
されてメモリセルアレイが構成されている。
本発明者は、前記縦ROMのメモリセルへの情報の書き
込み方法について検討した。以下は公知とされた技術で
はないが、本発明者によって検討された技術であり、そ
の概要は次のとおりである。
すなわち、縦ROMのメモリセルへの情報の書き込み
は、下記の工程によって行なわれている。例えばゲート
絶縁膜形成後にホウ素のチャネルドーピングを行うこと
により、各メモリセルを構成する全てのMISFETを予めエ
ンハンスメント型に構成する。そして前記エンハンスメ
ント型MISFETの中から選択されたエンハンスメント型MI
SFETのチャネル部に、リンのチャネルドーピングを行
い、前記選択されたMISFETをディプリーション型化する
ことによって情報の書き込みが行なわれる。この場合、
例えばエンハンスメント型MISFETが情報“1"に対応し、
ディプリーション型化されたMISFETが情報“0"に対応す
るようにされる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、前記リンのチャネルドーピングによる
情報の書き込み工程は縦ROMの製造工程の比較的初期に
あるため、所望の情報が書き込まれた縦ROMの完成に要
する時間、すなわちターンアラウンドタイム(Turn Aro
und Time)が長いという問題がある。
このターンアラウンドタイムは、前記リンのチャネル
ドーピングを例えばリンシリケートガラス(PSG)膜の
ような層間絶縁膜上にAl配線を形成した後に行うことが
できれば短縮を図ることができるが、前記リンの質量が
大きい(質量数31)ため、実用的なイオン打ち込みエネ
ルギーでは前記層間絶縁膜を介してリンのチャネルドー
ピングを行うことが困難である。
また、前記縦ROMのメモリセルへの情報の書き込みに
おいて、メモリセルを構成する全てのMISFETを予めエン
ハンスメント型に構成し、書き込むべき情報に大じて前
記エンハンスメント型MISFETをリン(P)のチャネルド
ーピングによりディプリーション型化した場合、前記リ
ン(P)のチャネルドーピング時に使用するマスクの位
置合せずれ等により、リン(P)が本来エンハンスメン
ト型のままにしなければならないMISFETのチャネルの一
部にも導入され、情報の誤りを生じる問題がある。
また、前記MISFETのソース・ドレイン領域を形成した
後に、前記リン(P)のチャネルドーピングを行なう
と、高エネルギー,高濃度でリン(P)がドーピングさ
れるため、フィールド絶縁膜(LOCOS酸化膜)のバーズ
ビーク部で前記リン(P)が深くドープされ、隣接のメ
モリのデータ線とパンチスルーを発生させる問題も生じ
る。
本発明の目的は、メモリセルに所望の情報が書き込ま
れた半導体記憶装置のターンアラウンドタイムの短縮を
図ることが可能な技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、半導体記憶装置の情報の書き込
みの信頼性を向上することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであ
ろう。
〔問題点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
概要を説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、メモリセルを構成する全てのMISFETを予め
ディプリーション型に構成し、前記ディプリーション型
MISFETの中から選択されたディプリーション型MISFETの
チャネル部に、リン(P)に比べて質量の小さい不純物
を層間絶縁膜の上からチャネルドーピングによって導入
し、そのディプリーション型MISFETをエンハンスメント
型化又は弱いディプリーション型化することによりメモ
リセルに情報を書き込むようにする。
〔作用〕
上記した手段によれば、質量の小さい不純物は透過能
が高いので、配線形成後又は配線形成前に層間絶縁膜を
介してチャネルドーピングを行うことにより、ディプリ
ーション型MISFETのエンハンスメント型化又は弱いディ
プリーション型化による情報の書き込みが可能となる。
このためメモリセルに所望の情報が書き込まれた半導体
記憶装置のターンアラウンドタイムの短縮を図ることが
可能である。
また、メモリセルを構成するMISFETを予めディプリー
ション型に構成した後に、不純物のチャネルドーピング
によってエンハンスメント型化又は弱いディプリーショ
ン型化しているので、前記不純物が本来ディプリーショ
ン型のままにしなければならないMISFETのチャネルの一
部に導入された場合でも、チャネルの大部分に導入され
なければ、情報の誤りは起こりにくい。
また、前記チャネルドーピングによるMISFETのエンハ
ンスメント化によって、隣接のデータ線とのチャネルス
トッパを兼ることができる。また、もう1つの特徴は、
第8図に示すように、アクティプNMOSに比較してホウ素
(B++)によるチャネルドーピングによってエンハンス
メント化したMISFET(EEMOS)のしきい値(Vth)は、シ
ョートチャネル効果が少なく、ショートチャネル領域を
積極的にメモリセル微細化のために使用できるという利
点がある。
上記理由により、ROMの情報の書き込みの信頼性を向
上することが可能であり、デバイス設計上のマージンを
大きくすることが可能である。
〔実施例〕
以下、本発明の構成について、一実施例に基づき図面
を参照しながら説明する。
なお、全図において、同一の機能を有するものには同
一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
第1図は本発明の一実施例による縦ROMの回路構成を
示す回路図である。
この第1図に示すように、本実施例による縦ROMにお
いては、ロウアドレスデコーダXDCR1.2,デコーダDCR,と
カラムアドレスデコーダYDCRとが設けられている。この
ロウアドレスデコーダXDCR1.2には多数のワード線W1、W
2等が接続され、アドレス信号A1〜Anに基づいてこれら
のワード線W1、W2等のうちの一本のワード線をローレベ
ル(L)にし、他のワード線をハイレベル(H)にする
ようになっている。また前記デコーダDCRは、多数のデ
ータ線D1、D2等のそれぞれに設けられたMISFETT1、
T1′、T2、T2′等のゲートに接続される。アドレス信号
An+1〜Amに基づいて前記MISFETT1、T2等のうちのいず
れか一つの組のMISFETをオン状態することによりデータ
線D1、D2等のうちの一本を選択し、この選択されたデー
タ線と共通データ線CDとを結合するようになっている。
なお、これらのデータ線D1、D2等の一端は接地電位Vss
に設定されている。
前記ワード線W1、W2等とデータ線D1、D2等との各交点
には、それぞれメモリセルを構成するMISFETQ1、Q2、
Q3、Q1′、Q2′、Q3′等が設けられ、このMISFETから成
るメモリセルによりメモリセルアレイM−ARYが構成さ
れている。このメモリセルアレイM−ARYにおいては、
一本のデータ線に対して、それぞれのゲートに異なるワ
ード線が結合された複数のMISFETが直列に複数個接続さ
れ、このMISFET列が各データ線に対して配列された構成
となっている。そして前記ロウアドレスデコーダXDCR及
びデコーダDCRにより情報の読み出しを行うべきメモリ
セルの選択が行われ、読み出された情報に応じた信号が
共通データ線CDを通じて出力される。なお本実施例によ
る縦ROMは、第1図においては一つのメモリセルアレイ
M−ARYのみ図示しているが実際には、複数のメモリセ
ルアレイM−ARYが設けられている。
前記メモリセルアレイM−ARYを構成するMISFETは、
後述のように予めまず例えばリンのイオン打ち込みによ
るチャネルドーピングにより全てディプリーション型
(例えば、情報“0"に対応する)に構成し、例えば後述
のAl配線形成後又はAl配線形成前に層間絶縁膜を介し
て、あるいは、ソース・ドレイン領域形成後に、層間絶
縁膜を介さずに例えば情報“1"を書き込むべきメモリセ
ルに対応するディプリーション型MISFETのチャネル部に
例えばホウ素のイオン打ち込みによるチャネルドーピン
グを行うことによりエンハンスメント型化又は弱いディ
プリーション型(しきい値電圧の絶対値が小さい)化
し、これにより所望の情報を書き込むようになってい
る。これによって、後述のように所望の情報が書き込ま
れた縦ROMのターンアラウンドタイムの短縮を図ること
ができる。
前記共通データ線CD1〜CDnからの出力はカラムスイッ
チMISFETM1〜Mnを介してセンスアンプSAに入力される。
前記カラムスイッチMISFETM1〜Mnの各々のゲート電極
は、カラムデコーダYDCRに結合されて、AlH〜Akの信号
に従ってその中から1つのカラムスイッチMISFETが選択
される。この場合、このセンスアンプSAの基準を得るた
め、別にダミーのデータ線Ddが設けられている。このダ
ミーのデータ線Ddには、いずれも例えばエンハンスメン
ト型のMISFETQd1、Qd2等が複数個直列接続されている。
このダミーデータ線Ddの一端は接地電位Vssに設定さ
れ、他端は前記センスアンプSAと同一構成のセンスアン
プSAdに接続され、前記ダミーデータ線Ddからの出力が
このセンスアンプSAdに供給されるようになっている。
そして前記センスアンプSAの出力とこのセンスアンプSA
dの出力とを例えば一段又は二段の差動増幅基DAにより
比較する。この差動増幅器DAの出力Doutが、情報を読み
出すべきメモリセルの最終的な読み出し結果となる。
一方、メモリセルアレイM−ARYにおける前記エンハ
ンスメント型化又は弱いディプリーション型化されたMI
SFETは、完全なエンハンスメント型MISFETの場合のよう
に直流のパスをカットオフすることができないので、消
費電力低減のためスタンバイ時には前記共通データ線CD
の電源電位Vcc′を接地電位Vssに落とすのが好ましい。
スタンバイ時にはセンスアンプ及び差動アンプのDCパス
をCE信号(chip−enable signal)によりカットするこ
とが望ましい。これによりスタンバイ時の消費電流が低
減され、低消費電力化を図ることができる。
次に、本実施例による縦ROMのメモリセルへの情報の
書き込み方法について説明する。
まず第2図に示すように、例えばp型Si基板のような
半導体基板1の表面を選択的に熱酸化して例えばSiO2膜
から成るフィールド絶縁膜2を形成して素子分離を行っ
た後、このフィールド絶縁膜で囲まれた活性領域表面を
熱酸化することにより例えばSiO2膜のようなゲート絶縁
膜3を形成する。次にこのゲート絶縁膜3を介して半導
体基板1の活性領域の全面に例えばヒ素(As)のイオン
打ち込みによるチャネルドーピングを行うこにより、N-
型不純物層4を形成する。これによりメモリセルアレイ
M−ARYの全てのメモリセルに情報“0"を書き込む。な
おこのイオン打ち込みの打ち込みエネルギーは、例え
ば、100KeV程度とし、打ち込みのドーズ量は、例えば2.
4×1012/cm2程度とする。
次に第3図に示すように、例えばCVD法(chemical va
per deposition method)により例えば多結晶Si膜を全
面に形成した後、この多結晶Si膜を所定形状にパターン
ニングして、ゲート電極を構成するワード線W1、W2、W3
等を形成する。次にこれらのワード線W1、W2、W3等をマ
スクとして半導体基板1中に例えばリン(P)のような
n型不純物をイオン打ち込みし、さらに、半導体基板の
1の全面に、例えば、CVD法によりSiO2膜を形成した後
に、RIE(Reactive Ion Etching)することにより、ワ
ード線の横にサイドウォール(sidewall)SWを形成す
る。さらに前記サイドウォールSWをマスクとして、例え
ばヒ素(As)のようなn型不純物を半導体基板1の表面
にドーピングすることにより、MISFETのソース領域及び
ドレイン領域を構成する例えばn+型の半導体領域5をそ
れぞれ形成する。前記ソース・ドレイン領域を構成する
半導体領域5は、n+型領域とn-型領域を含む、いわゆる
Lightly Doped Drain構造を形成している。これによ
り、前記ゲート電極W1、W2、W3とn+型半導体領域5から
なるMISFETがそれぞれ形成され、前記ヒ素(As)のチャ
ネルドーピングにより前記MISFETは、すべてディプリー
ション型に形成される。前記ディプリーション型に形成
されたMISFETは、第6図に示すような特性を示す。すな
わち、第6図中の曲線6Aのように、第1動作電位(0V)
でトランジスタがONする。図中VGSはゲート・ソース間
電圧であり、IDSはドレイン電流である。また、ここで
はMISFETQ1、Q2、Q3の3個だけを示したが、メモリセル
のMISFETを代表させているので、実際には数多くのMISF
ETが行列状に形成されている。
次に、例えばCVDにより全面に例えばPSG膜のような層
間絶縁膜6を形成する。次にこの層間絶縁膜6の所定部
分をエッチング除去して所定のコンタクトホールを形成
した後、全面に例えばAl膜をスパッタ法、蒸着法等によ
り形成した後、このAl膜を所定形状にパターンニングし
て、前記コンタクトホールを通じてデータ線となるAl配
線7を形成する。
次に、第5図に示すように、例えば情報“1"を書き込
むべきメモリセルを構成するMISFET、例えばMISFETQ2に
対応する部分が開口したフォトレジスト8を前記層間絶
縁膜6の表面に形成する。この後、このフォトレジスト
5をマスクとして前記層間絶縁膜6、ゲート電極W2、ゲ
ート絶縁膜3を介して例えばホウ素のようなリンに比べ
て質量の小さいp型不純物を例えば打ち込みエネルギー
180KeV、打ち込みのトーズ量1×1013/cm2でイオン打ち
込みすることにより前記MISFETQ2のチャネル部にチャネ
ルドーピングを行うことによって、前記MISFETQ2のチャ
ネル部に導入されたn-型不純物層4の不純物であるリン
(P)のn型を打ち消し、前記MISFETをエンハンスメン
ト型化又は弱いディプリーション型化することによって
p型不純物層9を形成し、これによって例えば情報“1"
を書き込む。前記エンハンスメント型化したMISFETQ
2は、第6図に示す特性を示す。すなわち、第6図中の
曲線6Bのように、前記第1動作電位(0V)では、MISFET
Q2は動作せず、第2動作電位(5V)で動作する方向に、
MISFETQ2のしきい値が変化している。また、前記p型不
純物のチャネルドーピング時にマスク合せずれなどによ
り前記p型不純物が例えばMISFETQ1のチャネル部に導入
されたとしても、一部分であればMISFETQ1のディプリー
ション特性には影響はない。また、第7図は、第5図に
対応する平面図であり、本発明のメモリセルアレイを示
している。図中、MIFETQ1、Q2はディプリーション型に
形成され、それぞれのMISFETは直列に接続されている。
このように縦ROMの製造工程の最終工程であるAl配線7
を形成後に情報の書き込みを行うことができるので、タ
ーンアラウンドタイムの短縮を図ることができ、また、
その信頼性を向上することができる。なお、情報の書き
込みのための前記ホウ素のイオン打ち込みは、層間絶縁
膜6の形成直後に、あるいは、ソース・ドレイン領域形
成後に行うことも可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例
に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて、種々変形し得ることは勿論である。
例えば、本発明は、縦ROMを有するワンチップマイク
ロコンピュータ等の各種半導体集積回路装置に適用する
ことができる。
また、例えば、多結晶シリコンからなるゲート電極の
みならず、シリサイド、ポリサイドゲート電極を有する
MISFETからなる縦ROMにも応用可能である。
〔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、下記のとおり
である。
すなわち、メモリセルに所望の情報が書き込まれた半
導体記憶装置のターンアラウンドタイムの短縮及び情報
の書き込みの信頼性向上を図ることが可能である。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a semiconductor integrated circuit device applied to writing information to a memory cell of a mask ROM (Read Only Memory) as a semiconductor memory device. It is about effective technology. [Prior Art] In a mask ROM, usually, a memory cell is configured by MISFET, and writing of information to this memory cell is performed by:
This is performed by controlling the threshold voltage of the MISFET. As one type of the mask ROM, a vertical ROM is known (for example, JP-A-52-30388). In this vertical ROM, a memory cell made of MISFET is provided at each intersection of a data line and a word line, a plurality of these memory cells are connected in series, and a plurality of memory cell columns are arranged to form a memory cell array. It is configured. The inventor has studied a method of writing information into the memory cells of the vertical ROM. The following is not a known technique, but is a technique studied by the present inventor, and its outline is as follows. That is, the writing of information into the memory cells of the vertical ROM is performed by the following steps. For example, by performing channel doping of boron after forming the gate insulating film, all the MISFETs constituting each memory cell are configured in advance as an enhancement type. And an enhancement type MI selected from among the enhancement type MISFETs.
Information is written by performing channel doping of phosphorus in a channel portion of the SFET and depleting the selected MISFET. in this case,
For example, an enhancement type MISFET corresponds to information "1",
The depletion type MISFET is made to correspond to the information “0”. [Problems to be Solved by the Invention] However, since the process of writing information by the channel doping of phosphorus is relatively early in the manufacturing process of the vertical ROM, the time required to complete the vertical ROM in which desired information is written is , That is, turn around time (Turn Aro
und Time). This turnaround time can be reduced if the channel doping of phosphorus can be performed after forming an Al wiring on an interlayer insulating film such as a phosphorus silicate glass (PSG) film. Is large (mass number 31), it is difficult to perform channel doping of phosphorus through the interlayer insulating film with practical ion implantation energy. Further, in writing information to the memory cells of the vertical ROM, all MISFETs constituting the memory cells are configured in advance in an enhancement type, and the enhancement type MISFETs are subjected to phosphorus (P) channel doping based on the information to be written. In the case of the depletion type, due to misalignment of the mask used at the time of the channel doping of the phosphorus (P), phosphorus (P) may also be part of the channel of the MISFET which must be kept in the enhancement type. There is a problem that is introduced and causes information errors. If the channel doping of phosphorus (P) is performed after the formation of the source / drain regions of the MISFET, the field insulating film (LOCOS oxide film) is doped because phosphorus (P) is doped at high energy and high concentration. In the bird's beak portion, the phosphorus (P) is deeply doped, which causes a problem that punch-through occurs with a data line of an adjacent memory. An object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the turnaround time of a semiconductor memory device in which desired information is written in a memory cell. Another object of the present invention is to improve the reliability of writing information in a semiconductor memory device. The above and other objects and novel features of the present invention are as follows.
It will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings. [Means for Solving the Problems] Of the inventions disclosed in the present application, typical ones will be outlined as follows. That is, all the MISFETs constituting the memory cell are configured in advance in a depletion type, and
An impurity having a smaller mass than phosphorus (P) is introduced into the channel portion of the depletion type MISFET selected from the MISFETs from above the interlayer insulating film by channel doping, and the depletion type MISFET is enhanced. Information is written to a memory cell by making the memory cell weak or weak depletion type. [Operation] According to the above-described means, since impurities having a small mass have a high permeability, by performing channel doping through an interlayer insulating film after or before wiring formation, the enhancement type of the depletion type MISFET is improved. Information can be written by the weakening or weak depletion type.
Therefore, it is possible to reduce the turnaround time of the semiconductor memory device in which desired information is written in the memory cell. In addition, since the MISFET constituting the memory cell is previously formed into a depletion type, and then is made to be an enhancement type or a weak depletion type by impurity channel doping, the impurity has to be originally left in a depletion type. Even if it is introduced into a part of the channel of the MISFET which has to be introduced, if it is not introduced into most of the channel, an error of information is unlikely to occur. Further, by enhancing the MISFET by the channel doping, the MISFET can also serve as a channel stopper with an adjacent data line. Another feature is that
As shown in FIG. 8, the threshold (Vth) of the MISFET (EEMOS) enhanced by channel doping with boron (B ++ ) as compared with the active NMOS has less short channel effect, There is an advantage that it can be used positively for miniaturization of memory cells. For the above reason, it is possible to improve the reliability of writing information in the ROM and to increase a margin in device design. Embodiment Hereinafter, a configuration of the present invention will be described based on an embodiment with reference to the drawings. In all the drawings, components having the same functions are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof will be omitted. FIG. 1 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a vertical ROM according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the vertical ROM according to the present embodiment is provided with a row address decoder XDCR1.2, a decoder DCR, and a column address decoder YDCR. This row address decoder XDCR1.2 has many word lines W 1 , W
2 are connected, one of these word lines W 1 , W 2, etc. is set to low level (L) and the other word line is set to high level (H) based on the address signals A 1 -An. ). Further, the decoder DCR includes MISFETT 1 provided for each of a large number of data lines D 1 , D 2, etc.
It is connected to the gates of T 1 ′, T 2 , T 2 ′, etc. Address signal
One of the data lines D 1 , D 2, etc. is selected by turning on any one of the MISFETs T 1 , T 2, etc. based on An + 1 to Am, and the selected one is selected. The data line and the common data line CD are connected.
One end of each of these data lines D 1 and D 2 is connected to the ground potential Vss.
Is set to At the intersections of the word lines W 1 , W 2 etc. and the data lines D 1 , D 2 etc., MISFETs Q 1 , Q 2 ,
Q 3 , Q 1 ′, Q 2 ′, Q 3 ′, etc. are provided, and a memory cell array M-ARY is constituted by the memory cells composed of the MISFETs. In this memory cell array M-ARY,
A plurality of MISFETs in which different word lines are coupled to respective gates are connected in series to one data line, and the MISFET column is arranged for each data line. Then, a memory cell from which information is to be read is selected by the row address decoder XDCR and the decoder DCR, and a signal corresponding to the read information is output through the common data line CD. Although only one memory cell array M-ARY is shown in FIG. 1 in the vertical ROM according to the present embodiment, a plurality of memory cell arrays M-ARY are actually provided. The MISFET configuring the memory cell array M-ARY includes:
As will be described later, first of all, a depletion type (for example, corresponding to information "0") is formed by channel doping by ion implantation of phosphorus, for example. Through the film or after the formation of the source / drain regions, the channel formed by ion implantation of boron into the channel portion of the depletion type MISFET corresponding to the memory cell into which information “1” is to be written without the interlayer insulating film. By performing doping, an enhancement type or a weak depletion type (the absolute value of the threshold voltage is small) is obtained, whereby desired information is written. As a result, the turnaround time of the vertical ROM in which desired information is written can be reduced as described later. The common data line output from the CD 1 ~CDn is input to the sense amplifier SA through the column switch MISFETM 1 ~Mn.
The gate electrode of each of said column switch MISFETM 1 ~Mn is coupled to the column decoder YDCR, Al H 1 single column switch MISFET among them in accordance with signals ~Ak is selected. In this case, a separate dummy data line Dd is provided to obtain a reference for the sense amplifier SA. In each of the dummy data lines Dd, for example, a plurality of enhancement-type MISFETs Qd 1 and Qd 2 are connected in series.
One end of the dummy data line Dd is set to the ground potential Vss, the other end is connected to a sense amplifier SAd having the same configuration as the sense amplifier SA, and an output from the dummy data line Dd is supplied to the sense amplifier SAd. It has become.
The output of the sense amplifier SA and the sense amplifier SA
The output of d is compared with, for example, a one-stage or two-stage differential amplification base DA. The output Dout of the differential amplifier DA is the final read result of the memory cell from which information is to be read. On the other hand, the enhancement-type or weak-depletion-type MI in the memory cell array M-ARY is used.
Since the SFET cannot cut off the DC path as in the case of the complete enhancement type MISFET, the common data line CD is used during standby to reduce power consumption.
It is preferable to lower the power supply potential Vcc 'to the ground potential Vss.
At the time of standby, it is desirable to cut the DC paths of the sense amplifier and the differential amplifier by a CE signal (chip-enable signal). As a result, current consumption during standby is reduced, and power consumption can be reduced. Next, a method of writing information to the memory cells of the vertical ROM according to the present embodiment will be described. First, as shown in FIG. 2, after a surface of a semiconductor substrate 1 such as a p-type Si substrate is selectively thermally oxidized to form a field insulating film 2 made of, for example, an SiO 2 film, and then a device isolation is performed. By thermally oxidizing the surface of the active region surrounded by the field insulating film, a gate insulating film 3 such as a SiO 2 film is formed. Next, channel doping by ion implantation of, for example, arsenic (As) is performed on the entire surface of the active region of the semiconductor substrate 1 through the gate insulating film 3 to obtain N −.
A type impurity layer 4 is formed. As a result, information “0” is written to all the memory cells of the memory cell array M-ARY. The implantation energy of this ion implantation is, for example, about 100 KeV, and the implantation dose is, for example, 2.
It should be about 4 × 10 12 / cm 2 . Next, as shown in FIG. 3, for example, the CVD method (chemical va
For example, after a polycrystalline Si film is formed on the entire surface by a per deposition method, the polycrystalline Si film is patterned into a predetermined shape to form word lines W 1 , W 2 , and W 3 constituting a gate electrode.
Etc. are formed. Next, an n-type impurity such as phosphorus (P) is ion-implanted into the semiconductor substrate 1 using these word lines W 1 , W 2 , W 3, etc. as a mask, and further, for example, over the entire surface of the semiconductor substrate 1. After forming a SiO 2 film by the CVD method, RIE (Reactive Ion Etching) is performed to form a sidewall SW beside the word line. Further, by using the sidewall SW as a mask, an n-type impurity such as arsenic (As) is doped into the surface of the semiconductor substrate 1 to form, for example, an n + -type semiconductor region 5 constituting a source region and a drain region of the MISFET. Are formed respectively. The semiconductor region 5 constituting the source / drain region includes an n + type region and an n − type region,
Lightly Doped Drain structure is formed. As a result, MISFETs composed of the gate electrodes W 1 , W 2 , W 3 and the n + type semiconductor region 5 are respectively formed, and the MISFETs are all formed in a depletion type by the channel doping of arsenic (As). You. The depletion-type MISFET exhibits characteristics as shown in FIG. That is, as shown by a curve 6A in FIG. 6, the first operating potential (0 V)
Turns on the transistor. In the figure, VGS is a gate-source voltage, and IDS is a drain current. Although only three MISFETs Q 1 , Q 2 and Q 3 are shown here, the MISFET of the memory cell is represented,
The ET is formed in a matrix. Next, an interlayer insulating film 6 such as a PSG film is formed on the entire surface by, for example, CVD. Next, after a predetermined portion of the interlayer insulating film 6 is removed by etching to form a predetermined contact hole, for example, an Al film is formed on the entire surface by a sputtering method, an evaporation method, or the like, and then the Al film is patterned into a predetermined shape. Then, an Al wiring 7 serving as a data line is formed through the contact hole. Next, as shown in FIG. 5, to form MISFET constituting the memory cell to be written, for example, information "1", the photoresist 8 part has openings corresponding example to MISFET Q 2 on the surface of the interlayer insulating film 6 . Thereafter, the interlayer insulating film 6 by using the photoresist 5 as a mask, the gate electrode W 2, a small mass a p-type impurity, for example, implantation energy than via the gate insulating film 3, for example, phosphorus, such as boron
180 KeV, of the MISFET Q 2 by ion implantation at Tozu of 1 × 10 13 / cm 2 implant by performing channel doping in the channel region, the MISFET Q n has been introduced into the channel portion of the 2 - type impurity layer 4 The n-type of phosphorus (P), which is an impurity, is negated, and the MISFET is enhanced or weakly depleted to form a p-type impurity layer 9, thereby forming, for example, information "1".
Write. The enhancement type MISFETQ
2 shows the characteristics shown in FIG. That is, as shown by a curve 6B in FIG. 6, at the first operating potential (0 V), the MISFET
Q 2 does not operate, and operates in the second operating potential (5 V),
The threshold value of MISFETQ 2 has changed. Further, even if the p-type impurity due to mask misalignment during the channel doping of the p-type impurity is introduced for example into a channel section of the MISFET Q 1, there is no effect on the depletion characteristics of the MISFET Q 1 if a part. FIG. 7 is a plan view corresponding to FIG. 5, and shows a memory cell array of the present invention. In the figure, MIFETs Q 1 and Q 2 are formed in a depletion type, and their MISFETs are connected in series.
As described above, the Al wiring 7 which is the final process of the vertical ROM manufacturing process is used.
Since information can be written after the formation, the turnaround time can be reduced, and
Its reliability can be improved. The ion implantation of boron for writing information can be performed immediately after the formation of the interlayer insulating film 6 or after the formation of the source / drain regions. As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and may be variously modified without departing from the gist of the invention. Of course. For example, the present invention can be applied to various semiconductor integrated circuit devices such as a one-chip microcomputer having a vertical ROM. Also, for example, it has not only a gate electrode made of polycrystalline silicon but also a silicide or polycide gate electrode.
It is also applicable to vertical ROM made of MISFET. [Effects of the Invention] Of the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows. That is, it is possible to reduce the turnaround time of a semiconductor memory device in which desired information is written in a memory cell and improve the reliability of writing information.
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例による縦ROMの回路構成を
示す回路図、
第2図〜第5図は、第1図に示す縦ROMのメモリセルに
情報を書き込む方法を工程順に説明するための断面図、
第6図は、本発明のROMを構成するMISFETの特性を示す
グラフ図、
第7図は、第5図に対応するメモリセルの平面図、
第8図は、本発明のROMを構成するMISFETのゲート長(L
g)としきい値電圧(Vth)の特性を示すグラフ図であ
る。
図中、1……半導体基板、2……フィールド絶縁膜、3
……ゲート絶縁膜、4……不純物層、5……半導体領
域、6……層間絶縁膜、7……アルミ配線、8……フォ
トレジスト、XDCR……ロウアドレスデコーダ、DCR……
デコーダ、YDCR……カラムアドレスデコーダ、W1,W2等
……ワード線、D1,D2等……データ線、Q1,Q2等……MISF
ET、M−ARY……メモリセルアレイ、SA,SAd……センス
アンプ、SW……サイドウォール、DUMMY−M−ARY……ダ
ミーメモリセルアレイである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a vertical ROM according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2 to 5 show information stored in memory cells of the vertical ROM shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a method of writing data in the order of steps, FIG. 6 is a graph showing characteristics of a MISFET constituting a ROM of the present invention, FIG. 7 is a plan view of a memory cell corresponding to FIG. FIG. 8 shows the gate length (L) of the MISFET constituting the ROM of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing characteristics of g) and a threshold voltage (Vth). In the drawing, 1 ... semiconductor substrate, 2 ... field insulating film, 3
...... Gate insulating film, 4 ... impurity layer, 5 ... semiconductor region, 6 ... interlayer insulating film, 7 ... aluminum wiring, 8 ... photoresist, XDCR ... row address decoder, DCR ...
Decoder, YDCR ...... column address decoder, W 1, W 2, etc. ...... word lines, D 1, D 2, etc. ...... data lines, Q 1, Q 2 etc. ...... MISF
ET, M-ARY... Memory cell array, SA, SAd... Sense amplifier, SW... Sidewall, DUMMY-M-ARY... Dummy memory cell array.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−150860(JP,A) 特開 昭60−20562(JP,A) 特開 昭62−46556(JP,A) 特開 昭62−20367(JP,A) 特開 昭58−111364(JP,A) 特開 昭58−56468(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-56-150860 (JP, A) JP-A-60-20562 (JP, A) JP-A-62-46556 (JP, A) JP-A-62-20367 (JP, A) JP-A-58-111364 (JP, A) JP-A-58-56468 (JP, A)
Claims (1)
と、 上記半導体記憶装置のメモリセルを形成するために、上
記主面上におのおのが上記半導体記憶装置の第1動作電
位より低い第1しきい値を有するディプリーション型の
複数のMISFETを形成する工程と、 上記複数のMISFETを覆う層間絶縁膜を形成する工程と、 上記複数のMISFETの中から選択された少なくとも1つの
MISFETのしきい値電圧を上記第1しきい値電圧から上記
第1動作電位より高い上記半導体記憶装置の第2動作電
位の方向に変化させて、第1のしきい値と異なる第2の
しきい値電圧とするために、層間絶縁膜及び上記選択さ
れた少なくとも1つのMISFETのゲート電極を通して、上
記選択された少なくとも1つのMISFETのチャネル部に、
ホウ素を導入して該チャネル部をエンハンスメント化す
る工程とを有し、 前記エンハンスメント化によってショートチャネル効果
を抑制することによって、メモリセルを構成するMISFET
のゲート長を、他のMISFETのゲート長よりも短く形成し
たことを特徴とする。 2.縦ROMを構成する半導体記憶装置の製造方法は、 少なくとも主面は第1導電型を有する半導体基板を準備
する工程と、 上記主面のメモリセルが形成されるべき領域に、n型の
不純物を導入しディプリーション化する工程と、 上記領域に複数のn型のMISFETを形成する工程と、 上記複数のMISFETを覆う層間絶縁膜を形成する工程と、 上記複数のMISFETをから選択された少なくとも1つのMI
SFETのチャネル部に、上記層間絶縁膜上から、ホウ素を
導入して該チャネル部をエンハンスメント化する工程と
を有し、 前記エンハンスメント化によってショートチャネル効果
を抑制することによって、メモリセルを構成するMISFET
のゲート長を、他のMISFETのゲート長よりも短く形成し
たことを特徴とする。 3.上記エンハンスメント化の工程は、上記選択された
少なくとも1つのMISFETのしきい値電圧を他のMISFETの
しきい値電圧より高くするために行なわれることを特徴
とする特許請求の範囲第2項記載の半導体記憶装置の製
造方法。 4.上記ディプリーション化の工程で、導入される不純
物は、ヒ素であり、100KeV程度の打込エネルギーで導入
され、そのドーズ量は、2.4×1012atoms/cm2程度である
ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の半導体記
憶装置の製造方法。 5.上記エンハンスメント化の工程では、180KeV程度の
打込エネルギーでホウ素が導入されることを特徴とする
特許請求の範囲第2項記載の半導体記憶装置の製造方
法。(57) [Claims] A method of manufacturing a semiconductor memory device constituting a vertical ROM includes a step of preparing a semiconductor substrate having a first conductivity type main surface, and a step of preparing a semiconductor cell having the main surface of the first conductivity type. Forming a plurality of depletion-type MISFETs having a first threshold value lower than a first operating potential of the semiconductor memory device; forming an interlayer insulating film covering the plurality of MISFETs; At least one selected from MISFET
The threshold voltage of the MISFET is changed from the first threshold voltage to the second operating potential of the semiconductor memory device, which is higher than the first operating potential, and a second threshold voltage different from the first threshold is changed. In order to set the threshold voltage, through the interlayer insulating film and the gate electrode of the at least one selected MISFET, to the channel portion of the at least one selected MISFET,
A step of introducing boron to enhance the channel portion, and suppressing the short channel effect by the enhancement, thereby forming a memory cell.
Is formed shorter than the gate length of the other MISFETs. 2. A method of manufacturing a semiconductor memory device forming a vertical ROM includes a step of preparing a semiconductor substrate having at least a main surface having a first conductivity type, and an step of forming an n-type impurity in a region of the main surface where a memory cell is to be formed. Introducing and depleting; forming a plurality of n-type MISFETs in the region; forming an interlayer insulating film covering the plurality of MISFETs; and at least one selected from the plurality of MISFETs. One MI
A step of introducing boron from above the interlayer insulating film into the channel portion of the SFET to enhance the channel portion, and by suppressing the short channel effect by the enhancement, the MISFET constituting the memory cell
Is formed shorter than the gate length of the other MISFETs. 3. 3. The method according to claim 2, wherein the step of enhancing is performed to make a threshold voltage of the at least one selected MISFET higher than a threshold voltage of another MISFET. A method for manufacturing a semiconductor storage device. 4. The impurity introduced in the depletion process is arsenic, is introduced at an implantation energy of about 100 KeV, and its dose is about 2.4 × 10 12 atoms / cm 2. 3. A method for manufacturing a semiconductor memory device according to claim 2. 5. 3. The method according to claim 2, wherein in the step of enhancing, boron is introduced at a driving energy of about 180 KeV.
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JPS6480069A JPS6480069A (en) | 1989-03-24 |
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1987
- 1987-09-21 JP JP23481787A patent/JP2820152B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPS6480069A (en) | 1989-03-24 |
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