JP3506668B2 - 読み出し専用不揮発性メモリの製造方法 - Google Patents

読み出し専用不揮発性メモリの製造方法

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JP3506668B2
JP3506668B2 JP2000350903A JP2000350903A JP3506668B2 JP 3506668 B2 JP3506668 B2 JP 3506668B2 JP 2000350903 A JP2000350903 A JP 2000350903A JP 2000350903 A JP2000350903 A JP 2000350903A JP 3506668 B2 JP3506668 B2 JP 3506668B2
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    • H10B20/38Doping programmed, e.g. mask ROM
    • H10B20/387Source region or drain region doping programmed

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、読み出し専用不
揮発性メモリに関する。
【0002】
【従来の技術】読み出し専用不揮発性メモリとしては、
例えば、マスクROM(Read Only Memory)が知られてい
る。
【0003】また、マスクROMとして、各メモリセル
トランジスタに4値情報を書き込むことができるもの
が、従来より知られている。かかるマスクROMによれ
ば、小規模の回路で大量の情報を記憶することができ
る。4値情報を記憶できるマスクROMとしては、例え
ば、特開平8−316341(以下、「文献1」と記
す)で開示されたマスクROMや、特開平8−2884
08(以下、「文献2」と記す)で開示されたマスクR
OMなどが知られている。
【0004】文献1のマスクROMは、拡散領域にLD
D(Lightly Doped Drain) 領域を設けた場合にセルトラ
ンジスタのしきい値が変化することを利用して、記憶情
報の4値化を達成している。すなわち、セルトランジス
タのしきい値は、ソース領域およびドレイン領域にLD
D領域を設けた構造/ソース領域にのみLDD領域を設
けた構造/ドレイン領域にのみLDD領域を設けた構造
/ソース領域およびドレイン領域にLDD領域を設けな
い構造のいずれを採用するかによって、異なる値にな
る。しきい値の違いは、各トランジスタに所定のゲート
電圧を印加したときのソース−ドレイン間電流を比較す
ることによって、判断される。
【0005】文献2のマスクROMは、n型ソース領域
に隣接させてp+ 型拡散層を設けた場合はセルトランジ
スタが非導通になるが、n型ドレイン領域に隣接させて
+型拡散層を設けた場合はセルトランジスタが導通す
ることを利用して、記憶情報の4値化を達成している。
すなわち、2個のn型拡散領域のうちの一方にのみp +
型拡散層を隣接させたセルトランジスタでは、この拡散
領域をソースとして使用した場合は導通するが、他方の
拡散領域をソースとして使用した場合には非導通とな
る。また、2個の拡散領域の両方に隣接させてp+ 型拡
散領域を設けたセルトランジスタでは、いずれの拡散領
域をソースとして使用した場合も非導通となる。さら
に、p+ 型拡散層が全く設けられていないセルトランジ
スタでは、いずれの拡散領域をソースとして使用した場
合も導通する。したがって、両方にp + 型拡散層を設け
た構造/一方にのみp+ 型拡散層を設けた構造/他方に
のみp + 型拡散層を設けた構造/p+ 型拡散層を全く設
けない構造のいずれを採用するかによって、記憶情報の
4値化を達成することができる。そして、一方の拡散領
域をソースとした場合の導通/非導通と他方の拡散領域
をソースとした場合の導通/非導通との組み合わせによ
って、4値情報を読み出すことができる。
【0006】また、文献2のマスクROMは、n型ソー
ス領域およびn型ドレイン領域をそのまま配線として用
い、これらn型ソース領域およびn型ドレイン領域に直
交させて、ゲート電極としてのワード線を形成してい
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、文献
1、文献2のマスクROMには、以下のような欠点があ
る。
【0008】文献1のマスクROMには、TAT(Turn
Around Time)が長いという欠点がある。TATとは、ユ
ーザが書き込みデータのプログラムを提出してからマス
クROMが納品されるまでの所要時間である。TATを
短くするためには、データ書き込み後の工程をなるべく
少なくすること、すなわちデータを書き込む前の共通工
程をなるべく多くすることが、望ましい。しかし、文献
1のマスクROMは、データ書き込み工程であるLDD
形成工程を、ソース拡散領域およびドレイン拡散領域の
形成前に行わなければならないので、ソース拡散領域お
よびドレイン拡散領域の形成を共通工程として行うこと
ができず、したがってTATが長くなってしまう。
【0009】さらに、文献1のマスクROMには、LD
D領域に基づくしきい値の差が小さいので、読み出しデ
ータの信頼性が不十分であるという欠点もある。
【0010】一方、文献2のマスクROMには、p+
拡散層が作成し難いという欠点がある。すなわち、この
マスクROMでは、データの書き込み(すなわちp+
拡散層の形成)をワード線を形成した後に行うので、こ
のワード線の影響でp+ 型拡散層を安定して作成するこ
とができない。また、このマスクROMでは、ソース領
域およびドレイン領域とは逆導電型(すなわちp型)の
拡散層を非常に狭い領域に形成しなければならないが、
狭い領域に対して不純物のインプラテーションを行うた
めのフォトレジストの形成は困難なので、セルサイズの
微細化やセル電流の高精度の制御が行い難い。
【0011】さらに、文献2のマスクROMは、n型ソ
ース領域およびn型ドレイン領域をそのまま配線として
用いるので、配線抵抗が大きくなって、高速で安定した
読み出しの妨げになるという欠点もある。
【0012】このような理由から、TATが短く、微細
化が容易で、且つ、安定した読み出しを行うことができ
る読み出し専用不揮発性メモリが嘱望されていた。
【0013】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、ゲート電
極と一方の不純物領域との間およびゲート電極と他方の
不純物領域との間をオフセット構造または非オフセット
構造に構成することによって4値情報が書き込まれる読
み出し専用不揮発性メモリの製造方法に関する。そし
て、半導体基板上にゲート酸化膜を形成する第1工程
と、ゲート酸化膜上にゲート電極を形成する第2工程
と、ゲート電極の両側に沿ってオフセット構造としての
非導電性のデータ書き込み層を形成する第3工程と、半
導体基板に不純物を導入することによって一方および他
方の不純物領域を形成する第4工程とを含む共通工程
と、書込データの値に応じてデータ書き込み層に不純物
を導入して導電体化することにより非オフセット構造を
形成する書き込み工程とを備えることを特徴とする。第
1の発明では、オフセット構造としての非導電性データ
書き込み層を予め共通工程で形成しておき(第3工
程)、所望の非導電性データ書き込み層に不純物を導入
して導電体化するだけで非オフセット構造を形成する
(書き込み工程)。すなわち、書き込み工程が非常に簡
単なので、TATを短縮することが容易になる。
【0014】第2の発明は、ゲート電極と一方の不純物
領域との間およびゲート電極と他方の不純物領域との間
をオフセット構造または非オフセット構造に構成するこ
とによって4値情報が書き込まれる読み出し専用不揮発
性メモリの製造方法に関する。そして、半導体基板上に
ゲート酸化膜を形成する第1工程と、両側にオフセット
構造としての隙間を有するゲート電極をゲート酸化膜上
に形成する第2工程と、半導体基板に不純物を導入する
ことによって一方および他方の不純物領域を形成する第
3工程とを含む共通工程と、書込データの値に応じて、
隙間にデータ記憶用ゲート電極を堆積することによって
非オフセット構造を形成する書き込み工程とを備える。
第2の発明では、両側にオフセット構造としての隙間を
有するゲート電極を予め共通工程で形成しておき(第2
工程)、所望の隙間にデータ記憶用ゲート電極を堆積す
るだけで非オフセット構造を形成する(書き込み工
程)。すなわち、書き込み工程が非常に簡単なので、T
ATを短縮することが容易になる。
【0015】第3の発明は、ゲート電極と一方の不純物
領域との間およびゲート電極と他方の不純物領域との間
をオフセット構造または非オフセット構造に構成するこ
とによって4値情報が書き込まれる読み出し専用不揮発
性メモリの製造方法に関する。そして、半導体基板上に
ゲート酸化膜を形成する第1工程と、ゲート酸化膜上に
ゲート電極を形成する第2工程と、半導体基板に不純物
を導入することにより、非オフセット構造としての、ゲ
ート電極の側面に近接する側面領域を有する一方および
他方の不純物領域を形成する第3工程とを含む共通工程
と、書込データの値に応じて、一方、他方の不純物領域
の側面領域にトレンチを設けることによって非オフセッ
ト構造を形成する書き込み工程とを備えることを特徴と
する。第3の発明によれば、非オフセット構造として
の、ゲート電極の側面に近接する側面領域を有する一方
および他方の不純物領域を予め共通工程で形成しておき
(第3工程)、所望の不純物領域にトレンチを設けるだ
けでオフセット構造を形成する(書き込み工程)。すな
わち、書き込み工程が非常に簡単なので、TATを短縮
することが容易になる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分の
大きさ、形状および配置関係は、本発明が理解できる程
度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明す
る数値的条件は単なる例示にすぎない。
【0017】第1の実施の形態 以下、この発明の第1の実施の形態について、この発明
がマスクROMに適用された場合を例に採り、図1〜図
3を用いて説明する。
【0018】図1は、この実施の形態に係るマスクRO
Mの構造を示す平面図である。図2は、図1のA−A断
面図である。また、図3は、この実施の形態に係るマス
クROMの構成を示す回路図である。
【0019】半導体基板101には、n+ 型拡散領域N
11〜Nmn(図1ではN11〜N42のみ示す)が形成されて
いる。図1に示したように、これらのn+ 型拡散領域N
11〜Nmnは、X字状に配列される。これらのn+ 型拡散
領域N11〜Nmnは、MOSトランジスタのソースもしく
はドレインとして機能する。
【0020】n+ 型拡散領域N11〜Nmnは、それぞれ、
隣接する4個のn+ 型拡散領域と対になってメモリセル
トランジスタ(MOSトランジスタ)M11〜Mpq(図
1、図3ではM11〜M33のみ示す)を構成する。例え
ば、図1のn+ 型拡散領域N21の場合、N11,N12,N
31,N32と対になって、4個のメモリセルトランジスタ
11,M12,M21,M22を構成する。但し、メモリセル
ブロックの周縁部に配置されたn+ 型拡散領域は、近接
するn+ 型拡散領域が1個のみまたは2個のみとなるの
で、1個または2個のMOSトランジスタのみを構成す
ることになる。
【0021】半導体基板101の表面には、ゲート絶縁
膜102を介して、ワード線W1 〜Wm (図1、図3で
はW1 〜W3 のみ示す)が形成される。これらのワード
線W 1 〜Wm は、そのまま、各MOSトランジスタのゲ
ート電極として機能する。上述したように、n+ 型拡散
領域N11〜NmnはX字状に配列されるので、ワード線W
1 〜Wm はM字状に形成されることになる。
【0022】各メモリセルトランジスタM11〜Mpqにお
いて、ワード線と2個のn+ 型拡散領域との間には、そ
れぞれ、所定幅以上の隙間が設けられる(図2参照)。
この隙間部分は、それぞれ、データ書き込み領域10
3,104になる。データ書き込み領域103,104
の幅は、n+ 型不純物の導入/非導入によってメモリセ
ルトランジスタの動作/非動作を制御できるような値
に、設定される。すなわち、データ書き込み領域103
にはn+ 型不純物が導入されず且つデータ書き込み領域
104にはn+ 型不純物が導入されている場合(図2参
照)、n型拡散領域N12がソースでn型拡散領域N21
ドレインのときはn型拡散領域N12,N21間にオン電流
を流すことができるが、n型拡散領域N12がドレインで
n型拡散領域N21がソースのときはn型拡散領域N12
21間にオン電流を流すことができない。逆に、データ
書き込み領域103にはn+ 型不純物が導入され且つデ
ータ書き込み領域104にはn+ 型不純物が導入されて
いない場合、n型拡散領域N12がソースでn型拡散領域
21がドレインのときはn型拡散領域N12,N21間にオ
ン電流を流すことができないが、n型拡散領域N12がド
レインでn型拡散領域N 21がソースのときはn型拡散領
域N12,N21間にオン電流を流すことができる。この実
施の形態では、データ書き込み領域にn+ 型不純物が導
入されていない構造を「オフセット構造」と称し、デー
タ書き込み領域にn+ 型不純物が導入されている構造を
「非オフセット構造」と称する。この実施の形態では、
ワード線W 1 〜Wm とn+ 型拡散領域N11〜Nmnとの間
隔を適当に設定することによって、オフセット構造を実
現している。
【0023】データ書き込み領域103,104には、
書き込みデータ(4値化情報)の値に応じて、n+ 型不
純物が導入される。n+ 型不純物が導入された場合、こ
のデータ書き込み領域に対応するn+ 型拡散領域は、非
オフセット構造になる。この実施の形態では、双方のデ
ータ書き込み領域103,104にn+ 型不純物が導入
されたときの記憶値を「11」とし、データ書き込み領
域103にのみn+ 型不純物が導入されたときの記憶値
を「10」とし、データ書き込み領域104にのみn+
型不純物が導入されたときの記憶値を「01」とし、双
方のデータ書き込み領域103,104に不純物が導入
されていないときの記憶値を「00」とする。図2は、
+ 型拡散領域N12側のデータ書き込み領域104にの
み不純物が導入された場合を示している。
【0024】半導体基板101の表面には、絶縁酸化膜
105が形成される。さらに、絶縁酸化膜105の表面
には、ビット線B1 〜Bn (図1ではB1 〜B4 のみ示
す)が形成される。これらのビット線B1 〜Bn は、コ
ンタクトホールC11〜Cmn(図1ではC11〜C42のみ示
す)を介して、対応する列の各n+ 型拡散領域に接続さ
れる。
【0025】図3に示したように、各ビット線B1 〜B
n は、それぞれ、ドレイン選択用トランジスタTD1〜T
Dm(図3ではTD1〜TD4のみ示す)のソース端子および
ソース選択用トランジスタTS1〜TSm(図3ではTS1
S4のみ示す)のドレイン端子に接続される。ドレイン
選択用トランジスタTD1〜TDmのドレイン端子は、それ
ぞれ、電源VDD(例えば5ボルト)に接続される。一
方、ソース選択用トランジスタTS1〜TSmのソース端子
は、それぞれ、電源VSS(例えば零ボルト)に接続さ
れる。さらに、トランジスタTD1〜TDmのゲート端子は
ドレイン選択線DS11〜DS1r,DS21〜DS2r(図3
ではDS11,DS12,DS21,DS22のみ示す)のいず
れかに接続され、トランジスタTS1〜TSmのゲート端子
はソース選択線SS1 ,SS2 の一方に接続されてい
る。
【0026】次に、この実施の形態のマスクROMにお
ける、データ書き込み方法の一例を説明する。
【0027】まず、通常のROM製造工程と同様にし
て、半導体基板101上にゲート酸化膜102、ワード
線W1 〜Wm およびn+ 型拡散領域N11〜Nmnを形成す
る。これらの形成工程は、データを書き込む前の共通工
程として行われる。
【0028】次に、それぞれのデータ書き込み領域10
3,104のうち、書き込みデータに対応するものに対
して、n+ 不純物を導入する。通常、書き込みデータ
は、ユーザから提出されたプログラムによって決定され
る。データ書き込み領域103,104への不純物の導
入は、例えば、高エネルギーのインプラテーション装置
を用いたイオン注入によって、行うことができる。な
お、このイオン注入は、絶縁酸化膜105を形成する工
程(後述)の後で、行うこととしてもよい。
【0029】その後、通常のROM製造工程と同様にし
て、絶縁酸化膜105、コンタクトホールC11〜Cmn
ビット線B1 〜Bn 等を形成し、工程を終了する。
【0030】次に、この実施の形態に係るマスクROM
のデータ読み出し方法の一例について、メモリセルM12
からデータを読み出す場合を例に採って説明する。
【0031】まず、ワード線W1 に、高電位VDDを印
加する。これにより、ワード線W1が選択されたことに
なる。
【0032】さらに、ドレイン選択線DS21およびソー
ス選択線SS2 を選択する(すなわち高電位にする)こ
とによって、トランジスタTD2,TS3をオンさせる。こ
れにより、ビット線B2 には高電位VDDが印加され、
ビット線B3 には低電位VSSが印加される。したがっ
て、ビット線B2 側のn+ 型拡散領域N21はドレインと
なり、ビット線B3 側のn+ 型拡散領域N12はソースと
なる(図2参照)。メモリセルM12では、ドレインであ
るn+ 型拡散領域N21側はオフセット構造(すなわちデ
ータ書き込み領域103にn+ 型不純物が導入されてい
ない構造)であるが、ソースであるn+ 型拡散領域N22
側は非オフセット構造である。今、メモリセルトランジ
スタM12は飽和領域で動作しているので、半導体基板中
のドレイン近傍の空乏層がデータ書き込み領域を越える
ようにドレイン直下からゲート電極直下のチャネルまで
到達する。このためドレイン側がオフセット構造である
にも拘わらず、ソース・ドレイン間は導通状態になる。
つまり、メモリセルトランジスタM12は、オンする。こ
のため、ビット線B3 の電位は上昇するので、このビッ
ト線B3 からは、4値化情報の下位ビットとして「1」
が読み出されることになる。
【0033】次に、選択線DS21,SS2 を非選択に戻
すとともに、ドレイン選択線DS12およびソース選択線
SS1 を選択することによってトランジスタTD3,TS2
をオンさせる。これにより、ビット線B2 には低電位V
SSが印加され、ビット線B 3 には高電位VDDが印加
される。したがって、ビット線B3 側のn+ 型拡散領域
12はドレインとなり、ビット線B2 側のn+ 型拡散領
域N21はソースとなる(図2参照)。今回は、ソースで
あるn+ 型拡散領域N21はオフセット構造なので、ドレ
インであるn+ 拡散領域N12の構造に関係なくソース・
ドレイン間は非導通状態になる。つまり、メモリセルト
ランジスタM12は、オフする。これにより、ビット線B
2 の電位が維持されるので、このビット線B2 からは、
4値化情報の上位ビットとして例えば「0」が読み出さ
れることになる。
【0034】双方のデータ書き込み領域103,104
にn+ 型不純物が導入されている場合には記憶値「1
1」を読み出すことができ、データ書き込み領域103
にのみn+ 型不純物が導入されている場合には記憶値を
「10」を読み出すことができ、且つ、双方のデータ書
き込み領域103,104に不純物が導入されていない
場合には記憶値を「00」を読み出すことができる。
【0035】このように、この実施の形態に係るメモリ
セルトランジスタのオン/オフは、ソース側がオフセッ
ト構造であるか非オフセット構造であるかで決まり、ド
レイン側のオフセット構造とは無関係である。
【0036】以上説明したように、この実施の形態に係
るマスクROMによれば、メモリセルトランジスタのオ
フセット構造/非オフセット構造によって4値化情報を
書き込むことができ、且つ、n+ 型拡散領域のソース/
ドレインを逆にして2回の読み出しを行うことにより4
値化情報を読み出すことができる。このため、この実施
の形態によれば、しきい値の違いを4値化情報として記
憶するマスクROMよりも、信頼性の高いデータ読み出
しを行うことができる。
【0037】また、この実施の形態に係るマスクROM
では、n+ 型拡散領域N11〜Nmnの形成を、共通工程と
して行うことができるので、TATを短縮することが可
能になる。
【0038】さらに、この実施の形態に係るマスクRO
Mでは、ワード線W1 〜Wm が表面に形成されていない
領域にのみ不純物を導入すればよいので、ワード線W1
〜W m の影響を受けずに安定した不純物導入を行うこと
ができる。
【0039】また、オフセット構造が物理的に目に見え
る構造なので、オフセット幅を物理的に測定しながら製
造することができ、したがって製造の安定性を確保する
ことが容易である。
【0040】加えて、この実施の形態に係るマスクRO
Mでは、拡散領域N11〜Nmnと導入不純物との導電型が
同じなので(この実施の形態ではn型)、不純物導入時
のフォトレジストの形成が簡単で、セルサイズの微細化
が容易である。
【0041】併せて、この実施の形態に係るマスクRO
Mでは、メモリセルトランジスタをX字状に配置し且つ
ワード線をM字状に形成することとしたので、ソース/
ドレインの配線を拡散層ではなくメタル配線(ビット線
1 〜Bn )で行うことが容易となる。したがって、こ
の実施の形態に係るマスクROMによれば、データ読み
出しを高速且つ安定に行うことが容易となる。
【0042】第2の実施の形態 以下、この発明の第2の実施の形態について、この発明
がマスクROMに適用された場合を例に採り、図4およ
び図5を用いて説明する。
【0043】この実施の形態に係るマスクROMの回路
構成は、第1の実施の形態の場合(図3参照)と同じな
ので、説明を省略する。
【0044】図4は、この実施の形態に係るマスクRO
Mの構造を示す平面図であり、図5は、図4のB−B断
面図である。図4、図5において、図1、図2と同じ符
号を付した構成要素は、それぞれ、図1、図2の場合と
同じものを示している。
【0045】図4、図5に示したように、この実施の形
態で使用されるメモリセルトランジスタでは、2個のn
+ 型拡散領域の間に設けられた非拡散領域の表面全体
に、ゲート酸化膜501が形成される。そして、このゲ
ート酸化膜501上の中央部分を通過するようにワード
線W1 〜Wm が形成され、それぞれのn+ 型拡散領域と
隣接する領域にはデータ書き込み層502,503が形
成される。データ書き込み層502,503の幅は、か
かるデータ書き込み層502,503が非導電層である
場合に、対応するn+ 型拡散領域がドレインとして使用
される場合には当該メモリセルトランジスタに電流が流
れるが、ソースとして使用される場合には当該メモリセ
ルトランジスタに電流が流れないような値に、設定され
る。すなわち、この実施の形態に係るマスクROMで
は、データ書き込み層502,503を非導電層にする
ことによってオフセット構造を実現する。
【0046】データ書き込み層502,503には、書
き込みデータ(4値化情報)の値に応じて、不純物が導
入される。不純物としては、そのデータ書き込み層を導
電性に変化させることができるものが、使用される。不
純物が導入されることにより、かかるデータ書き込み層
に対応するn+ 型拡散領域は、非オフセット構造にな
る。この実施の形態では、双方のデータ書き込み層50
2,503に不純物が導入されたときの記憶値を「1
1」とし、データ書き込み層502にのみ不純物が導入
されたときの記憶値を「10」とし、データ書き込み層
503にのみ不純物が導入されたときの記憶値を「0
1」とし、双方のデータ書き込み層502,503に不
純物が導入されないときの記憶値を「00」とする。図
5は、データ書き込み層502にのみ不純物が導入され
た場合を示している。
【0047】次に、この実施の形態のマスクROMにお
ける、データ書き込み方法の一例を説明する。
【0048】まず、通常のROM製造工程と同様にし
て、半導体基板101上にゲート酸化膜501、ワード
線W1 〜Wm を形成する。さらに、CVD(Chemical Va
por Deposition) 法等の堆積技術を用い、ワード線W1
〜Wm の両側に沿って、非導電性のデータ書き込み層5
02,503を形成した後、イオン注入等の不純物導入
技術を用いてn+ 型拡散領域N11〜Nmnを形成する。こ
れらの形成工程は、データを書き込む前の共通工程とし
て行われる。
【0049】次に、それぞれのデータ書き込み層50
2,503のうち、書き込みデータに対応する部分に、
不純物を導入する。不純物の導入は、例えば、高エネル
ギーのインプラテーション装置を用いたイオン注入によ
って、行うことができる。
【0050】その後、通常のROM製造工程と同様にし
て、絶縁酸化膜105、コンタクトホールC11〜Cmn
ビット線B1 〜Bn 等を形成し、工程を終了する。
【0051】次に、この実施の形態に係るマスクROM
のデータ読み出し方法の一例について、メモリセルM12
からデータを読み出す場合を例に採って説明する。
【0052】まず、ワード線W1 (図3参照)に高電位
VDDを印加することによって、このワード線W1 を選
択する。
【0053】さらに、ドレイン選択線DS21およびソー
ス選択線SS2 を選択することによって、トランジスタ
D2,TS3をオンさせる。これにより、ビット線B2
は高電位VDDが印加され、ビット線B3 には低電位V
SSが印加される。したがって、ビット線B2 側のn+
型拡散領域N21はドレインとなり、ビット線B3 側のn
+ 型拡散領域N12はソースとなる(図5参照)。ここ
で、メモリセルM12では、n+ 型拡散領域N21はオフセ
ット構造なので(すなわちデータ書き込み層502が非
導電性なので)、このn+ 型拡散領域N21をドレインと
して使用する場合は、メモリセルトランジスタM12がオ
ンする。このため、ビット線B3 の電位は上昇するの
で、このビット線B3 からは、4値化情報の下位ビット
として「1」が読み出されることになる。
【0054】次に、ドレイン選択線DS12およびソース
選択線SS1 を選択することによって、トランジスタT
D3,TS2をオンさせる。これにより、ビット線B2 には
低電位VSSが印加され、ビット線B3 には高電位VD
Dが印加される。したがって、ビット線B3 側のn+
拡散領域N12はドレインとなり、ビット線B2 側のn +
型拡散領域N21はソースとなる(図5参照)。ここで、
メモリセルM12では、ソース側のn+ 型拡散領域N21
オフセット構造なので(すなわちデータ書き込み層50
2が非導電性なので)、このn+ 型拡散領域N21をソー
スとして使用する場合には、メモリセルトランジスタM
12はオンしない。このため、ビット線B 2 の電位が上昇
しないので、このビット線B2 からは、4値化情報の上
位ビットとして「0」が読み出されることになる。
【0055】同様に、双方のデータ書き込み層502,
503が導電性の場合は記憶値「11」を読み出すこと
ができ、データ書き込み層502のみが導電性の場合は
記憶値を「10」を読み出すことができ、且つ、双方の
データ書き込み層502,503が非導電性の場合は記
憶値を「00」を読み出すことができる。
【0056】以上説明したように、この実施の形態に係
るマスクROMによれば、メモリセルトランジスタのオ
フセット構造/非オフセット構造によって4値化情報を
書き込むことができ、且つ、n+ 型拡散領域のソース/
ドレインを逆にして2回の読み出しを行うことにより4
値化情報を読み出すことができる。このため、この実施
の形態によれば、しきい値の違いを4値化情報として記
憶するマスクROMよりも、信頼性の高いデータ読み出
しを行うことができる。
【0057】また、この実施の形態に係るマスクROM
では、n+ 型拡散領域N11〜Nmnの形成を、共通工程と
して行うことができるので、TATを短縮することが可
能になる。
【0058】さらに、この実施の形態に係るマスクRO
Mでは、ワード線W1 〜Wm に隣接する領域(データ書
き込み層502,503)を導体化することによってデ
ータを書き込むので、上層の物質の影響が少なく、安定
してイオン注入によるデータ書き込みを行うことがで
き、不純物導入時のフォトレジストの形成も簡単で、セ
ルサイズの微細化が容易である。さらに、物理的なオフ
セット構造なので、非導通の電流制御は、目に見えるオ
フセット幅を物理的に測定しながら安定的に製造するこ
とができる。
【0059】加えて、この実施の形態に係るマスクRO
Mによれば、メモリセルトランジスタをX字状に配置し
且つワード線をM字状に形成することとしたので、ソー
ス/ドレインの配線を拡散層ではなくメタル配線(ビッ
ト線B1 〜Bn )で行うことが容易となり、したがっ
て、データ読み出しを高速且つ安定に行うことが容易と
なる。
【0060】第3の実施の形態 以下、この発明の第3の実施の形態について、この発明
がマスクROMに適用された場合を例に採り、図6およ
び図7を用いて説明する。
【0061】この実施の形態に係るマスクROMの回路
構成は、第1の実施の形態の場合(図3参照)と同じな
ので、説明を省略する。
【0062】図6は、この実施の形態に係るマスクRO
Mの構造を示す平面図であり、図7は、図6のC−C断
面図である。図6、図7において、図1、図2と同じ符
号を付した構成要素は、それぞれ、図1、図2の場合と
同じものを示している。
【0063】図6、図7に示したように、この実施の形
態で使用されるメモリセルトランジスタでは、2個のn
+ 型拡散領域の間に設けられた非拡散領域の表面全体に
ゲート酸化膜701が形成され、さらに、このゲート酸
化膜701上の中央部分を通過するようにワード線W1
〜Wm が形成される。ワード線と2個のn+ 型拡散領域
との間には、それぞれ、所定幅以上の隙間702が設け
られる。この隙間702の幅は、このn+ 型拡散領域が
ドレインとして使用される場合にのみ当該トランジスタ
のn+ 型拡散領域間に電流が流れるような値に、設定さ
れる。すなわち、この実施の形態に係るマスクROMで
は、ワード線とn+ 型拡散領域との間に隙間702を設
けることによって、オフセット構造を実現する。
【0064】隙間702には、書き込みデータ(4値化
情報)の値に応じて、データ記憶用ゲート電極703が
形成される。このデータ記憶用ゲート電極703は、メ
モリセルトランジスタの動作時には、ワード線W1 〜W
m とともに、ゲート電極として作用する。データ記憶用
ゲート電極703を設けることにより、そのデータ記憶
用ゲート電極703に対応するn+ 型拡散領域は、非オ
フセット構造になる。この実施の形態では、双方の隙間
702にデータ記憶用ゲート電極703が形成されたと
きの記憶値を「11」とし、N21側の隙間702のみに
データ記憶用ゲート電極703が形成されたときの記憶
値を「10」とし、N12側の隙間702のみにデータ記
憶用ゲート電極703が形成されたときの記憶値を「0
1」とし、双方の隙間702にデータ記憶用ゲート電極
703が形成されないときの記憶値を「00」とする。
図7は、n+ 型拡散領域N12側の隙間702のみにデー
タ記憶用ゲート電極703が形成された場合を示してい
る。
【0065】次に、この実施の形態のマスクROMにお
ける、データ書き込み方法の一例を説明する。
【0066】まず、通常のROM製造工程と同様にし
て、半導体基板101上にゲート酸化膜701、ワード
線W1 〜Wm およびn+ 型拡散領域N11〜Nmnを形成す
る。これらの形成工程は、データを書き込む前の共通工
程として行われる。
【0067】次に、それぞれの隙間702のうち、書き
込みデータに対応する部分に、データ記憶用ゲート電極
703を形成する。データ記憶用ゲート電極703は、
例えば、CVD法等の堆積技術を用いて、形成すること
ができる。
【0068】その後、通常のROM製造工程と同様にし
て、絶縁酸化膜105、コンタクトホールC11〜Cmn
ビット線B1 〜Bn 等を形成し、工程を終了する。
【0069】次に、この実施の形態に係るマスクROM
のデータ読み出し方法の一例について、メモリセルM12
からデータを読み出す場合を例に採って説明する。
【0070】まず、ワード線W1 (図3参照)に高電位
VDDを印加することによって、このワード線W1 を選
択する。このとき、各データ記憶用ゲート電極703に
も、高電位VDDが印加される。
【0071】さらに、ドレイン選択線DS21およびソー
ス選択線SS2 を選択することによって、トランジスタ
D2,TS3をオンさせる。これにより、ビット線B2
は高電位VDDが印加され、ビット線B3 には低電位V
SSが印加される。したがって、ビット線B2 側のn+
型拡散領域N21はドレインとなり、ビット線B3 側のn
+ 型拡散領域N12はソースとなる(図7参照)。ここ
で、メモリセルM12では、n+ 型拡散領域N21はオフセ
ット構造なので(すなわちデータ記憶用ゲート電極が形
成されていないので)、n+ 型拡散領域N21をドレイン
として使用する場合は、n+ 型拡散領域N12,N21間に
電流が流れる。このため、ビット線B3 の電位は上昇す
るので、このビット線B3 からは、4値化情報の下位ビ
ットとして「1」が読み出されることになる。
【0072】次に、ドレイン選択線DS12およびソース
選択線SS1 を選択することによって、トランジスタT
D3,TS2をオンさせる。これにより、ビット線B2 には
低電位VSSが印加され、ビット線B3 には高電位VD
Dが印加される。したがって、ビット線B3 側のn+
拡散領域N12はドレインとなり、ビット線B2 側のn +
型拡散領域N21はソースとなる(図7参照)。ここで、
メモリセルM12では、ソース側のn+ 型拡散領域N21
オフセット構造なので(すなわちデータ記憶用ゲート電
極703が形成されていないので)、このn+ 型拡散領
域N21をソースとして使用する場合は、メモリセルトラ
ンジスタM12はオンしない。このため、ビット線B2
電位が上昇しないので、このビット線B2 からは、4値
化情報の上位ビットとして「0」が読み出されることに
なる。
【0073】同様に、双方の隙間702にデータ記憶用
ゲート電極703が形成されている場合は記憶値「1
1」を読み出すことができ、n+ 型拡散領域N21側の隙
間702にのみデータ記憶用ゲート電極が形成されてい
る場合は記憶値を「10」を読み出すことができ、且
つ、双方の隙間702にデータ書き込み用導電層703
が形成されていない場合は記憶値を「00」を読み出す
ことができる。
【0074】以上説明したように、この実施の形態に係
るマスクROMによれば、メモリセルトランジスタのオ
フセット構造/非オフセット構造によって4値化情報を
書き込むことができ、且つ、n+ 型拡散領域のソース/
ドレインを逆にして2回の読み出しを行うことにより4
値化情報を読み出すことができる。このため、この実施
の形態によれば、しきい値の違いを4値化情報として記
憶するマスクROMよりも、信頼性の高いデータ読み出
しを行うことができる。
【0075】また、この実施の形態に係るマスクROM
では、n+ 型拡散領域N11〜Nmnの形成を、共通工程と
して行うことができるので、TATを短縮することが可
能になる。
【0076】さらに、この実施の形態に係るマスクRO
Mでは、ワード線のゲート電極に接触する第2ゲートを
形成することによってデータを書き込むことができるの
で、オフセット幅を物理的に測定しながら製造すること
によって電流を制御することができ、したがって、イオ
ン注入によってデータを書き込む場合よりも製造の安定
性が確保しやすいとともに、オフセット幅、データ書き
込みのためのフォトレジストの形成が簡単で、セルサイ
ズの微細化が容易である。
【0077】併せて、この実施の形態に係るマスクRO
Mによれば、メモリセルトランジスタをX字状に配置し
且つワード線をM字状に形成することとしたので、ソー
ス/ドレインの配線を拡散層ではなくメタル配線(ビッ
ト線B1 〜Bn )で行うことが容易となり、したがっ
て、データ読み出しを高速且つ安定に行うことが容易と
なる。
【0078】第4の実施の形態 以下、この発明の第4の実施の形態について、この発明
がマスクROMに適用された場合を例に採り、図8およ
び図9を用いて説明する。
【0079】この実施の形態に係るマスクROMの回路
構成は、第1の実施の形態の場合(図3参照)と同じな
ので、説明を省略する。
【0080】図8は、この実施の形態に係るマスクRO
Mの構造を示す平面図であり、図9は、図8のD−D断
面図である。図8、図9において、図1、図2と同じ符
号を付した構成要素は、それぞれ、図1、図2の場合と
同じものを示している。
【0081】図8、図9に示したように、この実施の形
態で使用されるメモリセルトランジスタでは、2個のn
+ 型拡散領域間にゲート酸化膜901が形成され、さら
に、このゲート酸化膜901を通過するようにワード線
1 〜Wm が形成される。
【0082】この実施の形態では、ワード線W1 〜Wm
の形成の仕方を、書き込みデータ(4値化情報)の値に
応じて定める。
【0083】図9の例では、n+ 型拡散領域N21側に対
して、ワード線W1 のゲート長が短く設定されて、隙間
902が形成されている。この隙間902の幅は、この
+型拡散領域N21がドレインとして使用される場合は
+ 型拡散領域N12,N21間に電流が流れるが、このn
+ 型拡散領域N21がソースとして使用される場合はn +
型拡散領域N12,N21間に電流が流れないような値に、
設定される。すなわち、このマスクROMでは、ワード
線W1 のゲート長を、n+ 型拡散領域N21側に短く形成
することによって、オフセット構造を実現している。
【0084】また、このワード線W1 は、n+ 型拡散領
域N12の近傍にまで形成されている。すなわち、ワード
線W1 は、n+ 型拡散領域N12側については、領域90
3の分だけゲート長が長く設定されている。ゲート長を
長く設定することにより、n + 型拡散領域N12は、非オ
フセット構造になっている。
【0085】この実施の形態では、ワード線のゲート長
が、双方のn+ 型拡散領域N21,N 12に対して長い場合
の記憶値を「11」とし、n+ 型拡散領域N21のみに対
して長い場合の記憶値を「10」とし、n+ 型拡散領域
12のみに対して長い場合の記憶値を「01」とし、双
方のn+ 型拡散領域N21,N12に対して短い場合の記憶
値を「00」とする。
【0086】次に、この実施の形態のマスクROMにお
ける、データ書き込み方法の一例を説明する。
【0087】まず、通常の堆積技術を用い、書き込みデ
ータの値に応じて、ゲート酸化膜901およびワード線
1 〜Wm (領域903を含む)を形成する。さらに、
通常の不純物導入技術を用いて、n+ 型拡散領域N11
mnを形成する。
【0088】その後、通常のROM製造工程と同様にし
て、絶縁酸化膜105、コンタクトホールC11〜Cmn
ビット線B1 〜Bn 等を形成し、工程を終了する。
【0089】次に、この実施の形態に係るマスクROM
のデータ読み出し方法の一例について、メモリセルM12
からデータを読み出す場合を例に採って説明する。
【0090】まず、ワード線W1 (図3参照)に高電位
VDDを印加することによって、このワード線W1 を選
択する。
【0091】さらに、ドレイン選択線DS21およびソー
ス選択線SS2 を選択することによって、トランジスタ
D2,TS3をオンさせる。これにより、ビット線B2
は高電位VDDが印加され、ビット線B3 には低電位V
SSが印加される。したがって、ビット線B2 側のn+
型拡散領域N21はドレインとなり、ビット線B3 側のn
+ 型拡散領域N12はソースとなる(図9参照)。ここ
で、メモリセルM12では、n+ 型拡散領域N21はオフセ
ット構造なので(すなわちワード線W1 のゲート長が短
く形成されているので)、このn+ 型拡散領域N21がド
レインとして使用される場合は、n+ 型拡散領域N12
21間に電流が流れる。このため、ビット線B3 の電位
は上昇するので、このビット線B3 からは、4値化情報
の下位ビットとして「1」が読み出されることになる。
【0092】次に、ドレイン選択線DS12およびソース
選択線SS1 を選択することによって、トランジスタT
D3,TS2をオンさせる。これにより、ビット線B2 には
低電位VSSが印加され、ビット線B3 には高電位VD
Dが印加される。したがって、ビット線B3 側のn+
拡散領域N12はドレインとなり、ビット線B2 側のn +
型拡散領域N21はソースとなる(図9参照)。ここで、
メモリセルM12では、ソース側のn+ 型拡散領域N21
オフセット構造なので(すなわちワード線W1のゲート
長が長く形成されていないので)、n+ 型拡散領域N21
がソースとして使用される場合は、n+ 型拡散領域
12,N21間に電流が流れない。このため、ビット線B
2 の電位が上昇しないので、このビット線B2 からは、
4値化情報の上位ビットとして「0」が読み出されるこ
とになる。
【0093】同様に、ワード線のゲート長が両側に長く
形成されている場合は記憶値「11」を読み出すことが
でき、ワード線のゲート長がn+ 型拡散領域N21側にの
み長く形成されている場合は記憶値を「10」を読み出
すことができ、且つ、ワード線のゲート長が両側に短く
形成されている場合は記憶値を「00」を読み出すこと
ができる。
【0094】以上説明したように、この実施の形態に係
るマスクROMによれば、メモリセルトランジスタのオ
フセット構造/非オフセット構造によって4値化情報を
書き込むことができ、且つ、n+ 型拡散領域のソース/
ドレインを逆にして2回の読み出しを行うことにより4
値化情報を読み出すことができる。このため、この実施
の形態によれば、しきい値の違いを4値化情報として記
憶するマスクROMよりも、信頼性の高いデータ読み出
しを行うことができる。
【0095】また、この実施の形態に係るマスクROM
では、ワード線のゲート長によってデータを書き込むこ
とができるので、安定した書き込みを行うことができ、
フォトレジストの形成が簡単で、セルサイズの微細化が
容易である。
【0096】加えて、この実施の形態に係るマスクRO
Mでは、メモリセルトランジスタをX字状に配置し且つ
ワード線をM字状に形成することとしたので、ソース/
ドレインの配線を拡散層ではなくメタル配線(ビット線
1 〜Bn )で行うことが容易となる。したがって、こ
の実施の形態に係るマスクROMによれば、データ読み
出しを高速且つ安定に行うことが容易となる。
【0097】第5の実施の形態 以下、この発明の第5の実施の形態について、この発明
がマスクROMに適用された場合を例に採り、図10お
よび図11を用いて説明する。
【0098】この実施の形態に係るマスクROMの回路
構成は、第1の実施の形態の場合(図3参照)と同じな
ので、説明を省略する。
【0099】図10は、この実施の形態に係るマスクR
OMの構造を示す平面図であり、図11は、図10のE
−E断面図である。図10、図11において、図1、図
2と同じ符号を付した構成要素は、それぞれ、図1、図
2の場合と同じものを示している。
【0100】図10、図11に示したように、この実施
の形態で使用されるメモリセルトランジスタでは、2個
のn+ 型拡散領域の間に設けられた非拡散領域の表面全
体に、ゲート酸化膜1101が形成される。そして、こ
のゲート酸化膜1101上の全域に、ワード線W1 〜W
m が形成される。
【0101】この実施の形態では、書き込みデータ(4
値化情報)の値に応じて、n+ 型拡散領域の、非拡散領
域(ゲート酸化膜1101の下の領域)との境界面近傍
に、トレンチ1102が形成される。
【0102】図11の例では、n+ 型拡散領域N21に、
トレンチ1102が形成されている。このトレンチ11
02の深さは、このn+ 型拡散領域N21がドレインとし
て使用される場合はn+ 型拡散領域N12,N21に電流が
流れるが、n+ 型拡散領域N 21がソースとして使用され
る場合はn+ 型拡散領域N12,N21に電流が流れないよ
うな値に、設定される。すなわち、このマスクROMで
は、トレンチ1102を形成することによって、オフセ
ット構造を実現している。
【0103】また、n+ 型拡散領域N12は、トレンチが
形成されていないので、非オフセット構造になる。
【0104】この実施の形態では、双方のn+ 型拡散領
域N21,N12にトレンチ1102を形成した場合の記憶
値を「11」とし、n+ 型拡散領域N12のみにトレンチ
1102を形成した場合の記憶値を「10」とし、n+
型拡散領域N21のみにトレンチ1102を形成した場合
の記憶値を「01」とし、双方のn+ 型拡散領域N21
12にトレンチ1102を形成しない場合の記憶値を
「00」とする。
【0105】次に、この実施の形態のマスクROMにお
ける、データ書き込み方法の一例を説明する。
【0106】このマスクROMでは、通常のROM製造
工程と同様にして、半導体基板101上にゲート酸化膜
1101、ワード線W1 〜Wm およびn+ 型拡散領域N
11〜Nmnを形成する。これらの形成工程は、データを書
き込む前の共通工程として行われる。
【0107】次に、それぞれのn+ 型拡散領域N11〜N
mnのうち、書き込みデータに対応するものに、トレンチ
1102を形成する。トレンチ1102は、例えば、エ
ッチングによって形成することができる。
【0108】その後、通常のROM製造工程と同様にし
て、絶縁酸化膜105、コンタクトホールC11〜Cmn
ビット線B1 〜Bn 等を形成し、工程を終了する。
【0109】次に、この実施の形態に係るマスクROM
のデータ読み出し方法の一例について、メモリセルM12
からデータを読み出す場合を例に採って説明する。
【0110】まず、ワード線W1 (図3参照)に高電位
VDDを印加することによって、このワード線W1 を選
択する。
【0111】さらに、ドレイン選択線DS21およびソー
ス選択線SS2 を選択することによって、トランジスタ
D2,TS3をオンさせる。これにより、ビット線B2
は高電位VDDが印加され、ビット線B3 には低電位V
SSが印加される。したがって、ビット線B2 側のn+
型拡散領域N21はドレインとなり、ビット線B3 側のn
+ 型拡散領域N12はソースとなる(図11参照)。メモ
リセルM12では、n+型拡散領域N21はオフセット構造
なので(すなわちトレンチ1102が形成されているの
で)、ドレインとしては使用される場合は、メモリセル
トランジスタM 12はオンする。このため、ビット線B3
の電位が上昇するので、このビット線B 3 からは、4値
化情報の下位ビットとして「1」が読み出されることに
なる。
【0112】次に、ドレイン選択線DS12およびソース
選択線SS1 を選択することによって、トランジスタT
D3,TS2をオンさせる。これにより、ビット線B2 には
低電位VSSが印加され、ビット線B3 には高電位VD
Dが印加される。したがって、ビット線B3 側のn+
拡散領域N12はドレインとなり、ビット線B2 側のn +
型拡散領域N21はソースとなる(図11参照)。メモリ
セルM12では、n+ 型拡散領域N21はオフセット構造な
ので(すなわちトレンチ1102が形成されているの
で)、このn+ 型拡散領域N21がソースとして使用され
る場合には、メモリセルトランジスタM12はオンしな
い。このため、ビット線B2 の電位が上昇しないので、
このビット線B2 からは、4値化情報の上位ビットとし
て「0」が読み出されることになる。
【0113】同様に、双方のn+ 型拡散領域N21,N12
にトレンチ1102が形成されている場合は記憶値「1
1」を読み出すことができ、n+ 型拡散領域N12のみに
トレンチ1102が形成されている場合は記憶値「1
0」を読み出すことができ、双方のn+ 型拡散領域
21,N12にトレンチ1102が形成されていない場合
は記憶値「00」を読み出すことができる。
【0114】以上説明したように、この実施の形態に係
るマスクROMによれば、メモリセルトランジスタのオ
フセット構造/非オフセット構造によって4値化情報を
書き込むことができ、且つ、n+ 型拡散領域のソース/
ドレインを逆にして2回の読み出しを行うことにより4
値化情報を読み出すことができる。このため、この実施
の形態によれば、しきい値の違いを4値化情報として記
憶するマスクROMよりも、信頼性の高いデータ読み出
しを行うことができる。
【0115】また、この実施の形態に係るマスクROM
では、n+ 型拡散領域N11〜Nmnの形成を、共通工程と
して行うことができるので、TATを短縮することが可
能になる。
【0116】さらに、この実施の形態に係るマスクRO
Mでは、トレンチによってデータを書き込むことがで
き、したがって、トレンチ寸法を物理的に測定しながら
製造することができるので、イオン注入によってデータ
を書き込む場合よりもさらに安定した書き込みを行うこ
とができる。このため、フォトレジストの形成が簡単
で、セルサイズの微細化が容易である。
【0117】併せて、この実施の形態に係るマスクRO
Mでは、メモリセルトランジスタをX字状に配置し且つ
ワード線をM字状に形成することとしたので、ソース/
ドレインの配線を拡散層ではなくメタル配線(ビット線
1 〜Bn )で行うことが容易となる。したがって、こ
の実施の形態に係るマスクROMによれば、データ読み
出しを高速且つ安定に行うことが容易となる。
【0118】第6の実施の形態 以下、この発明の第6の実施の形態について、この発明
がマスクROMに適用された場合を例に採り、図12お
よび図13を用いて説明する。
【0119】この実施の形態に係るマスクROMの回路
構成は、第1の実施の形態の場合(図3参照)と同じな
ので、説明を省略する。
【0120】図12は、この実施の形態に係るマスクR
OMの構造を示す平面図であり、図13は、図12のF
−F断面図である。図12、図13において、図1、図
2と同じ符号を付した構成要素は、それぞれ、図1、図
2の場合と同じものを示している。
【0121】図12、図13に示したように、この実施
の形態で使用されるメモリセルトランジスタでは、半導
体基板101の非拡散領域上に、ゲート酸化膜1301
が形成される。そして、このゲート酸化膜1301上
に、ワード線W1 〜Wm が形成される。
【0122】この実施の形態では、書き込みデータ(4
値化情報)の値に応じて、ワード線とn+ 型拡散領域N
21との間に所定幅の隙間1302が設けられる。隙間1
302の幅は、n+ 型拡散領域N21がドレインとして使
用される場合にはn+ 型拡散領域N12,N21間に電流が
流れるが、n+ 型拡散領域N21がソースとして使用され
る場合にはn+ 型拡散領域N12,N21間に電流が流れな
いような値に、設定される。すなわち、この実施の形態
に係るマスクROMでは、n+ 型拡散領域の形成時に、
ワード線との間に所定幅の隙間1302を設けることに
よって、オフセット構造を実現する。また、n+ 型拡散
領域の形成時に、ワード線との間に隙間を設けないこ
と、すなわち、ワード線の近接する位置にまでn+ 型拡
散領域を形成することによって、非オフセット構造を実
現する。
【0123】この実施の形態では、双方のn+ 型拡散領
域N21,N12に隙間1302を設けたときの記憶値を
「11」とし、一方のn+ 型拡散領域N12にのみ隙間1
302を設けたときの記憶値を「10」とし、他方のn
+ 型拡散領域N21にのみ隙間1302を設けたときの記
憶値を「01」とし、双方のn+ 型拡散領域N21,N12
に隙間を設けなかったときの記憶値を「00」とする。
【0124】次に、この実施の形態のマスクROMにお
ける、データ書き込み方法の一例を説明する。
【0125】このマスクROMでは、通常のROM製造
工程と同様にして、半導体基板101上にゲート酸化膜
1301、ワード線W1 〜Wm を形成する。
【0126】次に、それぞれの書き込みデータに対応さ
せて、n+ 型拡散領域N11〜Nmnを形成する。n+ 型拡
散領域N11〜Nmnの形成は、例えば、高エネルギーのイ
ンプラテーション装置を用いたイオン注入によって、行
うことができる。
【0127】その後、通常のROM製造工程と同様にし
て、絶縁酸化膜105、コンタクトホールC11〜Cmn
ビット線B1 〜Bn 等を形成し、工程を終了する。
【0128】次に、この実施の形態に係るマスクROM
のデータ読み出し方法の一例について、メモリセルM12
からデータを読み出す場合を例に採って説明する。
【0129】まず、ワード線W1 (図3参照)に高電位
VDDを印加することによって、このワード線W1 を選
択する。
【0130】さらに、ドレイン選択線DS21およびソー
ス選択線SS2 を選択することによって、トランジスタ
D2,TS3をオンさせる。これにより、ビット線B2
は高電位VDDが印加され、ビット線B3 には低電位V
SSが印加される。したがって、ビット線B2 側のn+
型拡散領域N21はドレインとなり、ビット線B3 側のn
+ 型拡散領域N12はソースとなる(図13参照)。メモ
リセルM12では、n+型拡散領域N21はオフセット構造
なので(すなわち隙間1302があるので)、ドレイン
として使用される場合は、メモリセルトランジスタM12
はオンする。このため、ビット線B3 の電位は上昇する
ので、このビット線B3 からは、4値化情報の下位ビッ
トとして「1」が読み出されることになる。
【0131】次に、ドレイン選択線DS12およびソース
選択線SS1 を選択することによって、トランジスタT
D3,TS2をオンさせる。これにより、ビット線B2 には
低電位VSSが印加され、ビット線B3 には高電位VD
Dが印加される。したがって、ビット線B3 側のn+
拡散領域N12はドレインとなり、ビット線B2 側のn +
型拡散領域N21はソースとなる(図13参照)。メモリ
セルM12では、n+ 型拡散領域N21はオフセット構造な
ので(すなわち隙間1302があるので)、n + 型拡散
領域N21がソースとして使用される場合は、メモリセル
トランジスタM 12はオンしない。このため、ビット線B
2 の電位が上昇しないので、このビット線B2 からは、
4値化情報の上位ビットとして「0」が読み出されるこ
とになる。
【0132】同様に、双方のn+ 型拡散領域N21,N12
に隙間1302が設けられている場合には記憶値「1
1」を読み出すことができ、n+ 型拡散領域N12にのみ
隙間1302が設けられている場合には記憶値「10」
を読み出すことができ、双方のn+ 型拡散領域N21,N
12に隙間を設けなかった場合には記憶値「00」を読み
出すことができる。
【0133】以上説明したように、この実施の形態に係
るマスクROMによれば、メモリセルトランジスタのオ
フセット構造/非オフセット構造によって4値化情報を
書き込むことができ、且つ、n+ 型拡散領域のソース/
ドレインを逆にして2回の読み出しを行うことにより4
値化情報を読み出すことができる。このため、この実施
の形態によれば、しきい値の違いを4値化情報として記
憶するマスクROMよりも、信頼性の高いデータ読み出
しを行うことができる。
【0134】また、この実施の形態に係るマスクROM
では、n+ 型拡散領域の大きさによってデータを書き込
むので、オフセット幅を物理的に測定して微調整するこ
とができ、したがって、正確で安定な製造を行うことが
でき、セルサイズの微細化が容易である。
【0135】併せて、この実施の形態に係るマスクRO
Mでは、メモリセルトランジスタをX字状に配置し且つ
ワード線をM字状に形成することとしたので、ソース/
ドレインの配線を拡散層ではなくメタル配線(ビット線
1 〜Bn )で行うことが容易となる。したがって、こ
の実施の形態に係るマスクROMによれば、データ読み
出しを高速且つ安定に行うことが容易となる。
【0136】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、微細化が容易で、安定した読み出しを行うことが
できる読み出し専用不揮発性メモリを提供することがで
きる。さらに、本発明によれば、TATが短い読み出し
専用不揮発性メモリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る読み出し専用不揮発性
メモリの構成を示す平面図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】第1の実施の形態に係る読み出し専用不揮発性
メモリの構成を示す回路図である。
【図4】第2の実施の形態に係る読み出し専用不揮発性
メモリの構成を示す平面図である。
【図5】図4のB−B断面図である。
【図6】第3の実施の形態に係る読み出し専用不揮発性
メモリの構成を示す平面図である。
【図7】図6のC−C断面図である。
【図8】第4の実施の形態に係る読み出し専用不揮発性
メモリの構成を示す平面図である。
【図9】図8のD−D断面図である。
【図10】第5の実施の形態に係る読み出し専用不揮発
性メモリの構成を示す平面図である。
【図11】図10のE−E断面図である。
【図12】第6の実施の形態に係る読み出し専用不揮発
性メモリの構成を示す平面図である。
【図13】図12のF−F断面図である。
【符号の説明】
101 半導体基板 102,501,701,901,1101,1301
ゲート酸化膜 103,104 データ書き込み領域 105 絶縁酸化膜 502,503 データ書き込み層 702,902,1302 隙間 703 データ記憶用ゲート電極 903 ゲート電極の領域 1102 トレンチ N11〜Nmn+ 型拡散領域 M11〜Mpq メモリセルトランジスタ W1 〜Wm ワード線 C11〜Cmn コンタクトホール B1 〜Bn ビット線 TD1〜TDm ドレイン選択用トランジスタ TS1〜TSm ソース選択用トランジスタ DS11〜DS1r,DS21〜DS2r ドレイン選択線 SS1 ,SS2 ソース選択線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−153806(JP,A) 特開 平2−355(JP,A) 特開 平5−55560(JP,A) 特開 昭53−20777(JP,A) 特開 平4−256360(JP,A) 特開 昭62−194662(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8246 H01L 27/112

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゲート電極と一方の不純物領域との間お
    よび該ゲート電極と他方の不純物領域との間をオフセッ
    ト構造または非オフセット構造に構成することによって
    4値情報が書き込まれる読み出し専用不揮発性メモリの
    製造方法において、 半導体基板上にゲート酸化膜を形成する第1工程と、当
    該ゲート酸化膜上に前記ゲート電極を形成する第2工程
    と、前記ゲート電極の両側に沿って、前記オフセット構
    造としての、非導電性のデータ書き込み層を形成する第
    3工程と、前記半導体基板に不純物を導入することによ
    って前記一方および他方の不純物領域を形成する第4工
    程とを含む共通工程と、 書込データの値に応じて、前記データ書き込み層に不純
    物を導入して導電体化することにより、前記非オフセッ
    ト構造を形成する書き込み工程と、 を備えることを特徴とする読み出し専用不揮発メモリ
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 ゲート電極と一方の不純物領域との間お
    よび該ゲート電極と他方の不純物領域との間をオフセッ
    ト構造または非オフセット構造に構成することによって
    4値情報が書き込まれる読み出し専用不揮発性メモリの
    製造方法において、 半導体基板上にゲート酸化膜を形成する第1工程と、両
    側に前記オフセット構造としての隙間を有する前記ゲー
    ト電極を当該ゲート酸化膜上に形成する第2工程と、前
    記半導体基板に不純物を導入することによって前記一方
    および他方の不純物領域を形成する第3工程とを含む共
    通工程と、 書込データの値に応じて、前記隙間にデータ記憶用ゲー
    ト電極を堆積することによって前記非オフセット構造を
    形成する書き込み工程と、 を備えることを特徴とする読み出し専用不揮発メモリ
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 ゲート電極と一方の不純物領域との間お
    よび該ゲート電極と他方の不純物領域との間をオフセッ
    ト構造または非オフセット構造に構成することによって
    4値情報が書き込まれる読み出し専用不揮発性メモリの
    製造方法において、 半導体基板上にゲート酸化膜を形成する第1工程と、当
    該ゲート酸化膜上に前記ゲート電極を形成する第2工程
    と、前記半導体基板に不純物を導入することにより、非
    オフセット構造としての、前記ゲート電極の側面に近接
    する側面領域を有する前記一方および他方の不純物領域
    を形成する第3工程とを含む共通工程と、 書込データの値に応じて、前記一方、他方の不純物領域
    の前記側面領域にトレンチを設けることによって前記オ
    フセット構造を形成する書き込み工程と、 を備えることを特徴とする読み出し専用不揮発メモリ
    の製造方法。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003092365A (ja) * 2001-09-18 2003-03-28 Oki Electric Ind Co Ltd 読み出し専用不揮発性メモリ
DE10308927A1 (de) * 2003-02-28 2004-09-16 Infineon Technologies Ag Integrierte Halbleiterschaltung mit einem Transistor und mit einer Leiterbahn
US20070263445A1 (en) * 2006-05-15 2007-11-15 Emden Walter V Non-volatile memory cell array
KR101033468B1 (ko) * 2009-06-30 2011-05-09 주식회사 하이닉스반도체 워드 라인의 저항을 개선할 수 있는 상변화 메모리 장치, 그것의 배열 구조, 및 그것의 제조방법

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5320777A (en) 1976-08-10 1978-02-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Insulated gate field effect transistor
JPS62194662A (ja) 1986-02-21 1987-08-27 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置の製造方法
JPH02355A (ja) 1987-12-15 1990-01-05 Seiko Epson Corp 半導体記憶装置
JPH031396A (ja) * 1989-05-29 1991-01-08 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体記憶装置のデータ書込み及び消去方法
JPH0319372A (ja) * 1989-06-16 1991-01-28 Seiko Epson Corp 半導体装置
JP2612969B2 (ja) 1991-02-08 1997-05-21 シャープ株式会社 半導体装置の製造方法
JPH0555560A (ja) 1991-08-23 1993-03-05 Fujitsu Ltd 半導体装置
US6243293B1 (en) * 1992-01-29 2001-06-05 Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Contacted cell array configuration for erasable and programmable semiconductor memories
JP3426424B2 (ja) 1994-09-09 2003-07-14 新日本製鐵株式会社 半導体記憶装置及びその製造方法
JP3337578B2 (ja) 1994-11-29 2002-10-21 三菱電機システムエル・エス・アイ・デザイン株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP2679673B2 (ja) 1995-04-20 1997-11-19 日本電気株式会社 半導体記憶装置
KR100207504B1 (ko) * 1996-03-26 1999-07-15 윤종용 불휘발성 메모리소자, 그 제조방법 및 구동방법
KR100604960B1 (ko) * 1997-03-28 2006-07-26 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 불휘발성 반도체 기억장치 및 그 제조방법 및 반도체 장치 및 그 제조방법
JP4004103B2 (ja) * 1997-07-01 2007-11-07 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 マスクrom
US5889711A (en) * 1997-10-27 1999-03-30 Macronix International Co., Ltd. Memory redundancy for high density memory
JP2001093903A (ja) * 1999-09-24 2001-04-06 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
US6538270B1 (en) * 2000-05-16 2003-03-25 Advanced Micro Devices, Inc. Staggered bitline strapping of a non-volatile memory cell
JP2003092365A (ja) 2001-09-18 2003-03-28 Oki Electric Ind Co Ltd 読み出し専用不揮発性メモリ

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