JPH01189958A - Semiconductor memory device - Google Patents

Semiconductor memory device

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JPH01189958A
JPH01189958A JP63015258A JP1525888A JPH01189958A JP H01189958 A JPH01189958 A JP H01189958A JP 63015258 A JP63015258 A JP 63015258A JP 1525888 A JP1525888 A JP 1525888A JP H01189958 A JPH01189958 A JP H01189958A
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JP
Japan
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wiring layer
insulating film
layer
substrate
rom
Prior art date
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Pending
Application number
JP63015258A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryohei Kirisawa
桐澤 亮平
Riichiro Shirata
理一郎 白田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Priority to KR1019880008519A priority patent/KR920001639B1/en
Publication of JPH01189958A publication Critical patent/JPH01189958A/en
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Abstract

PURPOSE:To miniaturize cell and obtain large capacity, by stacking, on a substrate, via an interlayer insulating film, at least two wiring layers wherein a plurality of lines mutually intersect. CONSTITUTION:Data are stored by depending on whether rectifying contacts directly formed between laminated wiring layers 3, 5, 7 exist. Therefore, as compared with the case, for example, installing P-N junction cells by forming diffusion layers on a semiconductor substrate 1 in accordance with a data pattern, the miniaturization is facilitated. Further it is not necessary to form an insulating film for element isolation on a substrate 1, by utilizing all the deposited films on the substrate 1. Therefore, it is also easy to realize a large capacity ROM. By stacking wiring layers in the manner of multilayer, a memory array can be foremd by arranging MA1 and MA2 in multilayer, that is, 3-dimensional arrangement is facilitated, which largely contributes to the realization of a large capacity ROM. Thereby, the miniaturization of cell is attained by a simple structure, and a mask ROM of large capacity can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の[1的] (産業上の利用分野) 本発明は、半導体記憶装置に係り、特に固定的にデータ
を書込む読出し専用メモリ(ROM)に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object 1 of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a semiconductor memory device, and particularly to a read-only memory (ROM) in which data is written in a fixed manner.

(従来の技術) 従来より、この種のROMとして、拡散層等の形成マス
クにより素子形成工程でデータを書込むマスクROMと
、素子形成後に電気的にデータを書込むプログラマブル
ROM (FROM)が知られている。それらのメモリ
セル構造は多岐にわたる。これらの各種ROMのうち、
セル構造が簡単で大容量化に適した半導体ROMとして
、半導体基板にデータ・パターンに応じてpn接合ダイ
オード・アレイを形成したものが提案されている(例え
ば特開昭60−74669号公報)。しかし、半導体基
板上に予めpn接合ダイオードを形成する構造では、拡
散領域の微細な制御を必要とし、また素子分離絶縁膜を
基板上に形成することが不可欠になるため、セルの微細
化およびROMの大容量化に限界がある。
(Prior Art) Conventionally, as this type of ROM, there are mask ROM, in which data is written in the element formation process using a mask forming a diffusion layer, and programmable ROM (FROM), in which data is written electrically after the element is formed. It is being These memory cell structures vary widely. Among these various ROMs,
As a semiconductor ROM having a simple cell structure and suitable for increasing capacity, a semiconductor ROM in which a pn junction diode array is formed on a semiconductor substrate according to a data pattern has been proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-74669). However, in a structure in which a pn junction diode is formed in advance on a semiconductor substrate, fine control of the diffusion region is required, and it is essential to form an element isolation insulating film on the substrate. There is a limit to how large the capacity can be increased.

(発明が解決しようとする課題) 以上のように従来の半導体ROMは、セルの微細化2人
容量化に難点があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, conventional semiconductor ROMs have had difficulties in miniaturizing cells and increasing capacity for two people.

本発明は、この様な難点を解決し、セルの微細化および
大容量化を可能とした半°導体ROMを提供することを
目的とする。
It is an object of the present invention to provide a semiconductor ROM which solves these difficulties and enables miniaturization of cells and increase in capacity.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明にかかるROMは、基板上にそれぞれ複数本ずつ
の互いに交差する少なくとも2層の配線層が層間絶縁膜
を介して積層された構造を有する。隣接する上部配線層
と下部配線層とは、互いに異なる導電型の半導体により
、または異種の材料により構成される。上部配線層と下
部配線層の各交差部がメモリセルであって、各交差部で
は、データに応じて上部配線層と下部配線層とが直接コ
ンタクトするかまたは層間絶縁膜を介して容量結合し、
直接コンタクトする部分では整流性接触をなす。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) A ROM according to the present invention has a structure in which at least two interconnection layers, each having a plurality of wiring layers intersecting each other, are laminated on a substrate via an interlayer insulating film. have The adjacent upper wiring layer and lower wiring layer are made of semiconductors of different conductivity types or of different materials. Each intersection between the upper wiring layer and the lower wiring layer is a memory cell, and at each intersection, depending on the data, the upper wiring layer and the lower wiring layer are in direct contact or capacitively coupled via an interlayer insulating film. ,
A rectifying contact is made at the part where there is direct contact.

データ書込み法は、二種ある。一つは、下部配線層上に
層間絶縁膜を形成した後、この層間絶縁膜にデータ・パ
ターンに対応したマスクを用いてコンタクト孔を形成し
、上部配線層を形成する方法である。これは、マスクR
OMの手法に類似し、素子形成工程途中でデータ書込み
がなされる。もう一つは、層間絶縁膜にコンタクト孔を
開けず上部配線層を形成し、その後データに応じて選択
された上部配線層と下部配線層間に所定の電圧を印加し
て層間絶縁膜を静電破壊することにより、その部分で上
部配線層と下部配線層間が整流性接触をなすようにする
。これは、FROMの手法である。
There are two types of data writing methods. One method is to form an interlayer insulating film on a lower wiring layer, and then form a contact hole in the interlayer insulating film using a mask corresponding to a data pattern to form an upper wiring layer. This is mask R
Similar to the OM method, data is written during the element formation process. The other method is to form an upper wiring layer without making a contact hole in the interlayer insulating film, and then apply a predetermined voltage between the upper wiring layer and the lower wiring layer selected according to the data to electrostatically charge the interlayer insulating film. By breaking, a rectifying contact is made between the upper wiring layer and the lower wiring layer at that part. This is a FROM approach.

いずれの書込み法でも、予めメモリセルとしてpn接合
が拡散法等により形成されることはない。
In either writing method, a pn junction is not formed in advance as a memory cell by a diffusion method or the like.

即ち本発明では、上部配線層の形成により、あるいはそ
の後の層間絶縁膜破壊により始めて、配線層間に整流性
接触が形成される。従って、上部配線層と下部配線層と
の間で異種導電型または異種材料を用いることが不可欠
である。
That is, in the present invention, rectifying contact is formed between wiring layers only after the formation of the upper wiring layer or subsequent breakdown of the interlayer insulating film. Therefore, it is essential to use different conductivity types or different materials between the upper wiring layer and the lower wiring layer.

(作用) 本発明のROMでは、積層される配線層間で直接形成さ
れる整流性接触の有無によりデータを記憶する。従って
例えば、半導体基板にデータ・パターンに応じて拡散層
を形成してpn接合セルを設けるものと比べて、セルの
微細化が容易である。配線層として、全て基板上に堆積
した膜を利用すれば、基数に素子分離絶縁膜を形成する
ことも必要ない。従って本発明によれば、ROMの大容
量化も容品である。また配線層を多層に積層すれば、メ
モリアレイを多層に、即ち3次元的に配列形成すること
が容易にできる。これも、ROMの大容量化に大きく寄
与する。
(Function) In the ROM of the present invention, data is stored depending on the presence or absence of rectifying contact formed directly between stacked wiring layers. Therefore, compared to, for example, forming a pn junction cell on a semiconductor substrate by forming a diffusion layer in accordance with a data pattern, cell miniaturization is easier. If a film deposited entirely on the substrate is used as the wiring layer, it is not necessary to form an element isolation insulating film on the base. Therefore, according to the present invention, increasing the capacity of the ROM is also an advantage. Furthermore, by stacking wiring layers in multiple layers, it is possible to easily form a memory array in multiple layers, that is, in a three-dimensional arrangement. This also greatly contributes to increasing the capacity of the ROM.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図(a) 〜(d)は、一実施例のROMの構造を
3X3X2ビット分につき示す。この実施例では、基板
上に2層のメモリアレイMA1゜MA2を積層形成して
おり、(a)、(b)はこれらを説明の便宜上分離して
、それぞれ第1層口のメモリアレイMA、部分、第2層
目のメモリアレイMA2部分につき示した平面図である
。(C)および(d)は、(a)(b)のA−A’およ
びB−B’断面図である。基板1は例えばSL基板であ
り、この上に絶縁膜2を介してp型子結晶シリコン膜か
らなる複数本の第1層配線層3 (3、。
FIGS. 1(a) to 1(d) show the structure of a ROM of one embodiment for 3×3×2 bits. In this embodiment, two layers of memory arrays MA1 and MA2 are stacked on the substrate, and (a) and (b) are separated for convenience of explanation, and the memory arrays MA1 and MA2 of the first layer, respectively, are separated from each other for convenience of explanation. FIG. 4 is a plan view showing a portion of a second layer memory array MA2. (C) and (d) are AA' and BB' cross-sectional views of (a) and (b). The substrate 1 is, for example, an SL substrate, and a plurality of first-layer wiring layers 3 (3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3.

32、・・・)が形成されている。この第1層配線層3
が形成された基板上は層間絶縁膜4でおおわれ、これに
データ・パターンに対応するコンタクト孔8(81,8
2,・・・)が配列形成されて、n型多結晶シリコン膜
からなる複数本の第2層配線層5(51,52,・・・
)が形成されている。第2層配線層5は、第1層配線層
3と直交する方向に配設されている。第1層配線層3と
第2層配線層5は、コンタクト孔8の部分で直接接触し
、pn接合を構成する。この第1層配線層3と第2層配
線層5の各交差部をメモリセルC+  (Ct 1.C
1□。
32,...) are formed. This first layer wiring layer 3
The substrate on which is formed is covered with an interlayer insulating film 4, and contact holes 8 (81, 8
2,...) are arranged in an array to form a plurality of second layer wiring layers 5 (51, 52,...) made of an n-type polycrystalline silicon film.
) is formed. The second wiring layer 5 is arranged in a direction perpendicular to the first wiring layer 3. The first wiring layer 3 and the second wiring layer 5 are in direct contact with each other at the contact hole 8 to form a pn junction. Each intersection of the first wiring layer 3 and the second wiring layer 5 is connected to a memory cell C+ (Ct 1.C
1□.

・・・)として、第1層目のメモリアレイMA、が構成
されている。コンタクト孔がない部分例えばメモリセル
C13では、第1層配線層3と第2層配線層5は層間絶
縁膜4を挟んで容量結合する。第2層配線層5が形成さ
れた基板上は層間絶縁It!i6で復われ、この層間絶
縁膜6にもデータに応じてコンタクト孔9(9,,9,
、・・・)が形成されて、この上にp型多結晶シリコン
膜からなる第3層配線FJ7 (7+ 、  72 、
・・・)が形成されている。第3層配線層7は第2層配
線層5と直交する方向に配設されている。この第2層配
線層5と第3層配線層7の間で、各交差部をメモリセル
c2(C21,C22,・・・)として第2層口のメモ
リアレイMA2が構成されている。
), the first layer memory array MA is configured. In a portion without a contact hole, for example, in the memory cell C13, the first wiring layer 3 and the second wiring layer 5 are capacitively coupled with the interlayer insulating film 4 interposed therebetween. On the substrate on which the second wiring layer 5 is formed is interlayer insulation It! i6, contact holes 9 (9, 9, 9,
,...) are formed, and a third layer wiring FJ7 (7+, 72, 72,
) is formed. The third wiring layer 7 is arranged in a direction perpendicular to the second wiring layer 5. Between the second wiring layer 5 and the third wiring layer 7, a memory array MA2 in the second layer is constructed, with each intersection being a memory cell c2 (C21, C22, . . . ).

第4図(a) 〜(d)は、この実施例のROMの製造
工程を示す断面図(第1図(C)に対応する)である。
FIGS. 4(a) to 4(d) are sectional views (corresponding to FIG. 1(C)) showing the manufacturing process of the ROM of this embodiment.

簡IIにその製造工程を説明すると、例えばp型St基
板1に熱酸化等により絶縁膜2を形成した後、多結晶シ
リコン膜を堆積し、ボロンを1×1017〜5X1o1
7/c113程度ドープする。そしてこの多結晶シリコ
ン膜をフォトレジストワ用いてバターニングして、複数
本の第1層配線層3を形成する( (a))。次に層間
絶縁膜4として、熱酸化またはCVD法によるシリコン
酸化膜を例えば300人形成し、データ・パターンに対
応するフォトレジストφパターンを用いて層間絶縁膜4
を選択エツチングしてコンタクト孔8を形成する( (
b))。その後、全面に多結晶シリコン膜を堆積し、こ
れにリンを1×1020〜lX1021/cm3程度ド
ープしてバターニングし、第2層配線層5を形成する(
(C))。
To briefly explain the manufacturing process, for example, after forming an insulating film 2 on a p-type St substrate 1 by thermal oxidation etc., a polycrystalline silicon film is deposited, and boron is added at 1×1017 to 5×1o1.
Dope to about 7/c113. This polycrystalline silicon film is then patterned using a photoresist to form a plurality of first wiring layers 3 ((a)). Next, as the interlayer insulating film 4, a silicon oxide film is formed by, for example, 300 people by thermal oxidation or CVD method, and a photoresist φ pattern corresponding to the data pattern is used to form the interlayer insulating film 4.
A contact hole 8 is formed by selectively etching (
b)). After that, a polycrystalline silicon film is deposited on the entire surface, and it is doped with phosphorus at about 1×1020 to 1×1021/cm3 and buttered to form the second wiring layer 5 (
(C)).

このとき、第1層配線層3と第2層配線層5の各交差位
置でコンタクト孔8がおいている部分ではpn接合ダイ
オードが形成されることになる。その後更に層間絶縁膜
6を形成し、これに別のデータ・パターンに対応したフ
ォトレジストやパターンを形成し、これを用いて層間絶
縁膜6を選択エツチングしてコンタクト孔9を形成する
At this time, a pn junction diode is formed at each intersection of the first wiring layer 3 and the second wiring layer 5, where the contact holes 8 are located. Thereafter, an interlayer insulating film 6 is further formed, and a photoresist or pattern corresponding to another data pattern is formed thereon, and using this, the interlayer insulating film 6 is selectively etched to form a contact hole 9.

そして多結晶シリコン膜を堆積し、ボロンを1×101
7〜5×1017/cI113程度ドープした後パター
ニングして第3層配線層7を形成する( (d) )。
Then, deposit a polycrystalline silicon film and add 1×101 boron.
After doping to about 7 to 5×10 17 /cI 113 , patterning is performed to form the third wiring layer 7 ((d)).

このとき、第2層配線層5と第3層配線層7の各交差位
置でコンタクト孔9がおいている部分ではpn接合ダイ
オードが形成されることになる。
At this time, a pn junction diode is formed at each intersection of the second wiring layer 5 and the third wiring layer 7, where the contact holes 9 are located.

第2図は、このよう構成されたROMの、第1図(C)
の断面での等価回路である。第1層配線層3による第1
制御線Xl (X+ 1.XI 21 ・・・)と、第
2層配線層5による第2制御線Y (Y 1+Y2+ 
・・・)が直交し、これらの間に選択的にダイオードと
キャパシタが配列された第1のメモリアレイMA1が構
成される。同様に、第2層配線層5による第2制御線Y
(Y、、Y2.・・・)と、第3層配線層7による第3
制御線X2(X21゜X22.・・・)が直交し、これ
らの間に選択的にダイオードとキャパシタが配列された
第2のメモリアレイMA2が構成される。
Figure 2 shows Figure 1 (C) of the ROM configured in this way.
This is an equivalent circuit at the cross section of . The first wiring layer 3
The control line Xl (X+ 1.XI 21 . . . ) and the second control line Y (Y 1+Y2+
) are orthogonal to each other, and a first memory array MA1 is configured in which diodes and capacitors are selectively arranged between them. Similarly, the second control line Y formed by the second wiring layer 5
(Y,, Y2...) and the third layer by the third layer wiring layer 7.
Control lines X2 (X21°X22, . . . ) are orthogonal to each other, and a second memory array MA2 is constructed between which diodes and capacitors are selectively arranged.

第3図(a)(b)は、この様なROMを、第1図(a
)(b)に対応させて第1層メモリアレイMAlと第2
層メモリアレイMA2に分けて示した等価回路である。
Figures 3(a) and 3(b) show such a ROM in Figure 1(a).
) (b), the first layer memory array MAl and the second layer memory array MAl correspond to (b).
This is an equivalent circuit shown divided into a layered memory array MA2.

この等価回路を用いて次に、このROMの読出し動作を
説明する。第3図(a)(b)には、−例として第2層
目のメモリアレイMA2の中の破線で囲んだメモリセル
を読み出す場合の各制御線の電位関係を示しである。図
示のように、読み出すべきメモリセルに対応する位置を
示す第2の制御線Y2にOV1V2O3御線X22に5
vを印加する。残りの第2の制御線は全て5vとし、第
1の制御線X1は仝てOvとする。このとき選択された
セルが図示のようにダイオードを構成している場合には
、第2の制御線Y2と第3の制御線X22の間に電流が
流れる。
Next, the read operation of this ROM will be explained using this equivalent circuit. FIGS. 3(a) and 3(b) show, for example, the potential relationship of each control line when reading a memory cell surrounded by a broken line in the second layer memory array MA2. As shown in the figure, the second control line Y2 indicating the position corresponding to the memory cell to be read is connected to the OV1V2O3 control line X22.
Apply v. The remaining second control lines are all set to 5V, and the first control line X1 is set to Ov. If the cell selected at this time constitutes a diode as shown in the figure, a current flows between the second control line Y2 and the third control line X22.

このセルがキャパシタである場合には電流が流れない。If this cell is a capacitor, no current will flow.

他の非選択セルでは、ダイオードの部分も零バイアスま
たは逆バイアスであり、電流は流れない。こうして、電
流の有無により選択セルの情報°0”、“1”が判別で
きる。
In other unselected cells, the diode portion is also zero biased or reverse biased, and no current flows. In this way, it is possible to determine whether the selected cell information is 0 or 1 based on the presence or absence of current.

この実施例によれば、コンタクト孔の有無をデータにえ
1応させて多層の配線層によりROMを構成している。
According to this embodiment, the ROM is constituted by multilayer wiring layers in which the presence or absence of contact holes is made to correspond to data.

しかも、pn接合等を予め形成することはなく、配線層
がコンタクト孔を介して接触する時に整流性接触をなす
ように、配線材料を選択している。またメモリアレイの
3次元的に積層が容易である。以上により、セルの微細
化が可能であり、ROMの大容量化が図られる。
Moreover, a pn junction or the like is not formed in advance, and the wiring material is selected so that a rectifying contact is made when the wiring layers come into contact through the contact hole. Furthermore, it is easy to stack the memory array three-dimensionally. As described above, it is possible to miniaturize the cell and increase the capacity of the ROM.

上記実施例では、3層の配線層を全て半導体層である多
結晶シリコン膜により形成したが、書き込まれた状態の
セルの整流特性を良好なものとするために、エネルギー
・ビームにより多結晶シリコン膜をIll結晶化するこ
とは有効である。また配線層材料として非晶質シリコン
などを用いることもできるし、配線抵抗を下げるため、
配線層表面にW、Moなどのあるいはこれらのシリサイ
ドを積層してもよい。
In the above embodiment, all three wiring layers were formed of polycrystalline silicon films, which are semiconductor layers. However, in order to improve the rectification characteristics of the cells in the written state, polycrystalline silicon films were formed using an energy beam. It is effective to crystallize the film. In addition, amorphous silicon or the like can be used as the wiring layer material, and in order to lower the wiring resistance,
W, Mo, etc. or silicides thereof may be laminated on the surface of the wiring layer.

第5図(a)(b)は、先の実施例の第1層配線層を基
板内の拡散層により構成した実施例の第1図(c)(d
)に対応する断面図である。基板1にn型Si基板を用
い、p型拡散層によって第1層配線層3をストライブ状
に形成している。この上にn型多結晶シリコン膜による
第2層配線層5、  T)型多結晶シリコン膜による第
3層配線層7を順次積層すること、各配線層間の層間絶
縁膜4゜6にデータに応じてコンタクト孔8,9を形成
すること、は先の実施例と同様である。この実施例によ
っても、先の実施例と同様の効果が得られる。
FIGS. 5(a) and 5(b) show FIGS. 1(c) and (d) of an embodiment in which the first wiring layer of the previous embodiment is constituted by a diffusion layer in the substrate.
) is a sectional view corresponding to FIG. An n-type Si substrate is used as the substrate 1, and the first wiring layer 3 is formed in a stripe shape by a p-type diffusion layer. A second wiring layer 5 made of an n-type polycrystalline silicon film and a third wiring layer 7 made of a T)-type polycrystalline silicon film are sequentially laminated thereon, and an interlayer insulating film 4.6 between each wiring layer is used to store data. Forming the contact holes 8 and 9 accordingly is the same as in the previous embodiment. This embodiment also provides the same effects as the previous embodiment.

実施例では、整流性接触の例としてpn接合を説明した
が、例えば金属配線を組合イ)せてショットキー障壁に
よる整流性接触を用いることもできる。第6図(a)(
b)は、その様な実施例の第1図(c)(d)に対応す
る断面図である。この実施例では、第3層配線層7とし
て、Pt、Au。
In the embodiment, a pn junction has been described as an example of a rectifying contact, but a rectifying contact using a Schottky barrier may also be used in combination with metal wiring, for example. Figure 6(a) (
b) is a sectional view corresponding to FIGS. 1(c) and 1(d) of such an embodiment. In this embodiment, the third wiring layer 7 is made of Pt or Au.

A、e等の金属膜を用いて、n型多結晶シリコン膜から
なる第2層配線層5との間でショットキー・ダイオード
を構成するようにしている。この実施例によっても、先
の実施例と同様の効果が得られる。
Using metal films such as A and e, a Schottky diode is constructed between the metal film and the second wiring layer 5 made of an n-type polycrystalline silicon film. This embodiment also provides the same effects as the previous embodiment.

実施例では、メモリアレイを2層としたが、これを1層
のみとすることもできるし、また3層以上重ねることも
できる。例えば第7図は、上記実施例の第1層目のメモ
リアレイMA、のみを用いた実施例である。第8図は、
先の実施例の第3層配線層7の上に更に同様のプロセス
の繰返しにより、n型多結晶シリコン膜からなる第4層
配線層10、p型多結晶シリコン膜による第5層配線層
11を順次形成して、4層のメモリアレイMA。
In the embodiment, the memory array has two layers, but it can be made of only one layer, or three or more layers can be stacked. For example, FIG. 7 shows an embodiment using only the first layer memory array MA of the above embodiment. Figure 8 shows
A fourth wiring layer 10 made of an n-type polycrystalline silicon film and a fifth wiring layer 11 made of a p-type polycrystalline silicon film are formed on the third wiring layer 7 of the previous embodiment by repeating the same process. are sequentially formed to form a four-layer memory array MA.

〜MA4を積層した実施例の断面図である。このように
して容易にメモリ容量の拡大が可能である。
It is a sectional view of an example in which ~MA4 is laminated. In this way, memory capacity can be easily expanded.

なお配線層を多数積層する場合、各層の複数本の配線層
の間隙を絶縁膜で埋め込んで基板を平坦化することがf
d頼性の点で好ましい。
Note that when stacking many wiring layers, it is recommended to flatten the substrate by filling the gaps between the multiple wiring layers in each layer with an insulating film.
d It is preferable in terms of reliability.

これまでの実施例は、製造工程途中にマスクを用いてデ
ータを書込む点でマスクROMの一種といえる。本発明
は、素子製造終了後に電気的に配線層間絶縁膜を破壊し
てデータ書込みを行うFROMにも適用できる。その実
施例を次に説明する。
The embodiments described above can be said to be a type of mask ROM in that data is written using a mask during the manufacturing process. The present invention can also be applied to a FROM in which data is written by electrically destroying the wiring interlayer insulating film after the device is manufactured. An example thereof will be described next.

第9図(a)〜(d)は、その様な実施例のROMのデ
ータ書込み前、即ちプログラム前の状態を、第1図(a
)〜(d)に対応させて示すものである。第1図と対応
する部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
FIGS. 9(a) to 9(d) show the state of the ROM in such an embodiment before data is written, that is, before programming, as shown in FIG. 1(a).
) to (d). Components corresponding to those in FIG. 1 are given the same reference numerals and detailed explanations will be omitted.

図から明らかなようにこの実施例では、層間絶縁膜4,
6にコンタクト孔を形成することなく、第1層配線層3
〜第3層配線層7を順次積層形成する。各配線層は、そ
の間の層間絶縁膜を静電破壊した時に上下の配線層間で
直接接触してpn接合を形成するように、導電型が交J
Lに反対になるように選ばれている。
As is clear from the figure, in this embodiment, the interlayer insulating film 4,
6 without forming a contact hole in the first wiring layer 3.
- The third wiring layer 7 is sequentially laminated. The conductivity types of each wiring layer are interchanged so that when the interlayer insulating film between them is damaged by electrostatic discharge, the upper and lower wiring layers come into direct contact to form a pn junction.
It is chosen to be opposite to L.

具体的な数値例を上げれば、第1層配線層3および第3
層配線層7は、ボロン濃度5X1016〜1 x 10
” /atr3のp型多結晶シリコン膜とし、第2層配
線層5は、リン濃度1×102°〜1×1021/c1
13程度のn型多結晶シリコン膜とする。層間絶縁膜4
,6は共に膜厚100人程変度熱酸化膜とする。
To give a specific numerical example, the first wiring layer 3 and the third
The layer wiring layer 7 has a boron concentration of 5×10 16 to 1×10
” /atr3 p-type polycrystalline silicon film, and the second wiring layer 5 has a phosphorus concentration of 1×102° to 1×1021/c1.
An n-type polycrystalline silicon film of about 13 mm is used. Interlayer insulation film 4
, 6 are both made of variable thermal oxide films with a thickness of about 100 mm.

第10図は、このプログラム前のFROMの第9図(c
)に対応する断面の等価回路を、第1図(c)に対応さ
せて示す。図示のように、第1層目のメモリアレイMA
I 、第2層目のメモリアレイMA2共に、プログラム
前においてはメモリセル部は全て層間絶縁膜を誘電体と
するキャパシタとなっている。
FIG. 10 shows FIG. 9 (c) of FROM before this program.
) is shown corresponding to FIG. 1(c). As shown in the figure, the first layer memory array MA
In both the memory array MA2 and the second layer memory array MA2, before programming, all memory cell portions are capacitors using an interlayer insulating film as a dielectric.

第11図(a)(b)は、プログラム時の各制御線の電
位関係を、第1層口のメモリアレイMA1.第2層目の
メモリアレイMA2についてそれぞれ示す。これらの図
で、ダイオードで示しであるセルは既に書込みがなされ
たものであり、また図示の電位関係は、第11図(b)
の破線で囲んだセルに書込みを行う場合のものである。
FIGS. 11(a) and 11(b) show the potential relationship of each control line during programming in the memory array MA1 of the first layer. The second layer memory array MA2 is shown below. In these figures, cells indicated by diodes have already been programmed, and the potential relationships shown are as shown in Figure 11(b).
This is the case when writing is performed to the cell surrounded by the broken line.

即ち選択された第2の制御線Y2と第3の制御線X22
の交点のメモリセルに書込みを行うには、第11図(b
)のように第2の制御線Y2をOvとし、第2の制御線
X22に14Vの書込み電圧を印加する。残りの第2の
制御線にはすべて14Vを印加し、また第1の制御線X
lは全て0■とする。これにより、選択セルで層間絶縁
膜が静電破壊し、その結果この部分で第2層配線層5と
第3層配線層7間でpn接合ダイオードが形成される。
That is, the selected second control line Y2 and third control line X22
To write to the memory cell at the intersection of
), the second control line Y2 is set to Ov, and a write voltage of 14V is applied to the second control line X22. 14V is applied to all remaining second control lines, and the first control line
All l's are 0■. This causes electrostatic breakdown of the interlayer insulating film in the selected cell, and as a result, a pn junction diode is formed between the second wiring layer 5 and the third wiring layer 7 in this portion.

残りのセルは、零バイアスのものは当然書込みはなされ
ない。14Vの逆バイアス関係となるセルにおいては、
低濃度のp型間線層側に空乏層が伸びてこれが14Vの
印加電圧の一部を分担する結果、層間絶縁膜にかかる電
界は破壊限界値に達せず、やはり書込みはなされない。
As for the remaining cells, those with zero bias are naturally not written. For cells with a 14V reverse bias relationship,
As a result of the depletion layer extending to the low concentration p-type interline layer side and sharing a part of the applied voltage of 14 V, the electric field applied to the interlayer insulating film does not reach the breakdown limit value, and no writing is performed.

既に書込みがなされているセルは、零バイアスまたは1
4vの逆バイアスであり、pn接合耐圧が14V以上で
あれば、電流が流れることはない。
A cell that has already been written to has a zero bias or a 1 bias.
The reverse bias is 4V, and if the pn junction breakdown voltage is 14V or higher, no current will flow.

このようにして、選択的に電気的書込みが行われる。In this way, selective electrical writing is performed.

データ書込みがなされたROMの読み出し動作は、先の
実施例のものと同様である。
The read operation of the ROM to which data has been written is similar to that of the previous embodiment.

この実施例によれば、セルの微細化、大容量化を図った
FROMが得られる。特に先の実施例と比べると、コン
タクト孔形成工程が要らないため、製造工程は簡単にな
り、同じ理由でより微細なセルを形成することが可能で
ある。
According to this embodiment, a FROM with miniaturized cells and increased capacity can be obtained. In particular, compared to the previous embodiment, the manufacturing process is simplified because a contact hole forming process is not required, and for the same reason, it is possible to form finer cells.

この実施例のFROMについても、先のマスクROMの
場合と同様、第1層配線層基板内の拡散配線層を用いる
こと、配線層の一部にショットキー障壁を形成するよう
な金属膜−半導体の組合わせを利用すること、3層以上
に配線層を多層化すること、等の種々の変形が可能であ
る。
In the FROM of this embodiment, as in the case of the mask ROM described above, a diffusion wiring layer in the first wiring layer substrate is used, and a metal film-semiconductor film that forms a Schottky barrier in a part of the wiring layer is used. Various modifications are possible, such as using a combination of the above, multilayering the wiring layers to three or more layers, etc.

[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、データ争パターンに
応じたコンタクト孔形成工程を含む配線層の積層工程に
よって、簡単な構造でセルの微細化を図り、大容量化を
図ったマスクROMが得られる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the cell can be miniaturized with a simple structure and the capacity can be increased by the wiring layer stacking process including the contact hole forming process according to the data spacing pattern. The desired mask ROM is obtained.

また本発明によれば、層間絶縁膜の静電破壊によるデー
タ書込みを利用して、より一層のセルの微細化と大容量
化をL1■能としたFROMを得ることができる。
Further, according to the present invention, it is possible to obtain a FROM that enables further miniaturization of cells and increase in capacity in L1 by utilizing data writing caused by electrostatic breakdown of the interlayer insulating film.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)〜(d)は本発明の一実施例のROM構造
を示すもので、(a)(b)はそれぞれ第1層口、第2
層目のメモリアレイを示す平面図、(C)および(d)
はそれぞれ(a)(b)のA−A’およびB−B’断面
図、第2図はそのROMの第1図(c)に対応する断面
での等価回路図、第3図(a)(b)は同じくそのRO
Mの第1層目、第2層口のメモリアレイの等価回路図、
第4図(a)〜(d)はそのROMの製造工程を示す断
面図、第5図<a)(b)は基板拡散層を配線層の一部
に用いた実施例のROMの第1図(c)(d)に対応す
る断面図、第6図(a)(b)は配線層の一部に金属配
線を用いた実施例の第1図(c)(d)に対応する断面
図、第7図はメモリアレイを1層とした実施例のROM
の断面図、第8図はメモリアレイを4層とした実施例の
ROMの断面図、第9図(a) 〜(d)は、本発明を
FROMに適用した実施例の構造を第1図(a)〜(d
)に対応させて示す図、第10図はそのF ROMの第
2図に対応する等価回路図、第11図<a)(b)は同
じくそのFROMのプログラム時の各制御線の電位関係
を示す図である。 1・・・Si基板、2・・・絶縁膜、3・・・第1層配
線層、4.6・・・層間絶縁膜、5・・・第2層配線層
、7・・・第3層配線層、8.9・・・コンタクト孔、
MAl・・・第1層メモリアレイ、MA2・・・第2層
メモリアレイ。 出願人代理人  弁理士 鈴江武彦 X           X YI    Y2    Y3 第5図 第6図 第7図 Y+    Y2    Y3 (14V)  (OV)  (14V)X      
    k
FIGS. 1(a) to (d) show the ROM structure of an embodiment of the present invention, in which (a) and (b) show the first layer opening and the second layer opening, respectively.
Plan views showing the memory array of the second layer, (C) and (d)
are AA' and BB' cross-sectional views of (a) and (b), respectively, Figure 2 is an equivalent circuit diagram of the ROM at a cross-section corresponding to Figure 1 (c), and Figure 3 (a). (b) is also the RO
An equivalent circuit diagram of the memory array of the first layer and the second layer of M,
FIGS. 4(a) to 4(d) are cross-sectional views showing the manufacturing process of the ROM, and FIGS. 6(a) and 6(b) are cross-sectional views corresponding to FIGS. 1(c) and (d) of an example in which metal wiring is used as part of the wiring layer. Figure 7 shows an example ROM with a single layer memory array.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a ROM of an embodiment in which the memory array has four layers, and FIGS. 9(a) to (d) show the structure of an embodiment in which the present invention is applied to FROM. (a)-(d
), FIG. 10 is an equivalent circuit diagram corresponding to FIG. 2 of the FROM, and FIG. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Si substrate, 2...Insulating film, 3...1st layer wiring layer, 4.6... Interlayer insulating film, 5...2nd layer wiring layer, 7...3rd layer Layer wiring layer, 8.9... contact hole,
MAl...first layer memory array, MA2...second layer memory array. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue
k

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基板上に、それぞれ複数本ずつの互いに交差する
少なくとも2層の配線層が層間絶縁膜を介して積層され
、前記層間絶縁膜にはデータ・パターンに対応して上部
配線層形成前にコンタクト孔が配列形成されて、各コン
タクト孔で上部配線層と下部層配線層とは整流性接触を
なすことを特徴とする半導体記憶装置。
(1) At least two wiring layers each having a plurality of wires crossing each other are laminated on the substrate with an interlayer insulating film interposed therebetween, and the interlayer insulating film is coated in a manner corresponding to the data pattern before forming the upper wiring layer. 1. A semiconductor memory device characterized in that contact holes are arranged in an array, and each contact hole makes rectifying contact between an upper wiring layer and a lower wiring layer.
(2)基板上に、それぞれ複数本ずつの互いに交差する
少なくとも2層の配線層が層間絶縁膜を介して積層され
、前記層間絶縁膜は、書込みデータに対応して選択され
た上部配線層と下部配線層間に所定の書込み電圧を印加
することによりその交差位置で破壊されて、その交差位
置で上部配線層と下部配線層との間が整流性接触をなす
ことを特徴とする半導体記憶装置。
(2) At least two wiring layers each having a plurality of wires crossing each other are laminated on the substrate via an interlayer insulating film, and the interlayer insulating film is connected to an upper wiring layer selected in accordance with write data. A semiconductor memory device characterized in that by applying a predetermined write voltage between lower wiring layers, the semiconductor memory device is destroyed at the crossing position, and a rectifying contact is made between the upper wiring layer and the lower wiring layer at the crossing position.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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