JPH08125036A - Mask rom device and its manufacture - Google Patents

Mask rom device and its manufacture

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JPH08125036A
JPH08125036A JP25858494A JP25858494A JPH08125036A JP H08125036 A JPH08125036 A JP H08125036A JP 25858494 A JP25858494 A JP 25858494A JP 25858494 A JP25858494 A JP 25858494A JP H08125036 A JPH08125036 A JP H08125036A
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JP
Japan
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gate electrode
memory cell
cell transistor
impurity
insulating film
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Application number
JP25858494A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenshirou Arase
謙士朗 荒瀬
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH08125036A publication Critical patent/JPH08125036A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To provide a program-system mask ROM device having short TAT and highly integrable. CONSTITUTION: The title mask ROW device has memory cell transistors M11 -Mmn with gate electrodes 36 arranged into the shape of a matrix, and the impurity concentration in the gate electrode 36a of a specific memory cell transistor M22 to be programmed differ from those of gate electrodes of other memory cell transistors not to be programmed. Or, the polarities of the impurities differ.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マスクROM装置に係
り、さらに詳しくは、TATが短く、かつ高集積化が可
能なマスクROM装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mask ROM device, and more particularly to a mask ROM device having a short TAT and capable of high integration.

【0002】[0002]

【従来の技術】マスクROMなどの半導体記憶装置で
は、TATが短いことが大切である。すなわち、プログ
ラム内容のデータを客先から入手し、このデータの書き
込みから製品を出荷するまでの時間は短いほうが良い。
2. Description of the Related Art In a semiconductor memory device such as a mask ROM, it is important that TAT is short. That is, it is better that the time from the acquisition of the program content data from the customer and the writing of this data to the shipping of the product is short.

【0003】マスクROMに対してプログラム用データ
の書き込みを行なう方式としては、コンタクトホール方
式およびイオン注入方式が良く知られている。コンタク
トホール方式は、メモリセル用トランジスタの拡散層に
対してコンタクトするコンタクトホールを形成するか否
か、またはコンタクトホールに接続する配線を形成する
か否かによりプログラムを行なう方式である。また、イ
オン注入方式は、メモリセル用トランジスタのゲート電
極下の活性領域にイオン注入を選択的に行い、そのトラ
ンジスタのしきい値電圧を変えることで、データの書き
込みを行う方式である。たとえば、書き込みを行う特定
のN型トランジスタのチャネル部にB+ (P型不純物)
をイオン注入することにより、そのトランジスタのVth
が高くなり、そのトランジスタが選択されても、電流が
流れない(オンしない)ことになる。
Contact hole method and ion implantation method are well known as methods for writing program data to a mask ROM. The contact hole method is a method of performing programming depending on whether a contact hole that contacts the diffusion layer of the memory cell transistor is formed or whether a wiring that connects to the contact hole is formed. The ion implantation method is a method in which data is written by selectively performing ion implantation in an active region below a gate electrode of a memory cell transistor and changing a threshold voltage of the transistor. For example, B + (P-type impurity) is added to the channel portion of a specific N-type transistor for writing.
V th of the transistor by implanting
Becomes high, and no current flows (does not turn on) even if the transistor is selected.

【0004】従来例に係るコンタクトホール方式でプロ
グラムされるマスクROM装置の一例について説明す
る。図6はコンタクトホール方式でプログラムされるマ
スクROM装置のメモリセルアレイを示す図、図7は図
6に示すメモリセルアレイのパターンレイアウトを示す
平面図、図8は図7に示すVII−VII線に沿う要部断面
図、図9は図8と同じ断面側から見たプログラム工程で
あるコンタクトホール形成工程を示す要部断面図であ
る。
An example of a mask ROM device programmed by a contact hole method according to a conventional example will be described. 6 is a diagram showing a memory cell array of a mask ROM device programmed by a contact hole method, FIG. 7 is a plan view showing a pattern layout of the memory cell array shown in FIG. 6, and FIG. 8 is taken along line VII-VII shown in FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of an essential part showing a contact hole forming step, which is a programming step, as viewed from the same section side as FIG.

【0005】図7,8に示すように、コンタクトホール
方式でプログラムされるマスクROMでは、半導体基板
2の表面に、素子分離領域(LOCOS)4が所定パタ
ーンで形成してあり、LOCOS4に囲まれる半導体基
板2の表面には、ゲート絶縁膜6が形成してある。ゲー
ト絶縁膜6の上には、図7に示すワード線W1 ,W2
3 (ゲート電極を兼ねる)が所定パターンで形成して
ある。
As shown in FIGS. 7 and 8, in a mask ROM programmed by the contact hole method, an element isolation region (LOCOS) 4 is formed in a predetermined pattern on the surface of the semiconductor substrate 2 and surrounded by the LOCOS 4. A gate insulating film 6 is formed on the surface of the semiconductor substrate 2. On the gate insulating film 6, the word lines W 1 , W 2 ,
W 3 (also serving as a gate electrode) is formed in a predetermined pattern.

【0006】図7,8に示すように、半導体基板2の表
層には、ゲート電極であるワード線W1 ,W2 ,W3
上からイオン注入することにより、ドレイン領域8aと
ソース領域8bとが形成してある。ソース領域8bが、
図6に示すソース線Sに相当する。また、ゲート電極で
あるワード線W1 ,W2 ,W3 の上には、図8に示す層
間絶縁膜10が形成してある。
As shown in FIGS. 7 and 8, the surface region of the semiconductor substrate 2 is ion-implanted from above the word lines W 1 , W 2 and W 3 , which are gate electrodes, to form the drain region 8a and the source region 8b. And are formed. The source region 8b is
It corresponds to the source line S shown in FIG. An interlayer insulating film 10 shown in FIG. 8 is formed on the word lines W 1 , W 2 and W 3 which are gate electrodes.

【0007】図7に示すように、ワード線W1 ,W2
3 と、不純物拡散層8a,8bとの交わる部分に、メ
モリセルトランジスタM11〜Mmnが形成される。特定の
メモリセルトランジスタM22にプログラムする場合に
は、そのトランジスタM22のドレイン領域8aにのみコ
ンタクトホールを形成せず、その他のメモリセルトラン
ジスタのドレイン領域8aにコンタクトホール12が形
成される。すなわち、コンタクトホール12は、プログ
ラム仕様に応じて形成される。具体的には、図9に示す
ように、プログラム仕様が決定された段階で、層間絶縁
膜10の上に、レジスト膜14を成膜し、フォトリソグ
ラフィー加工により、レジスト膜14をプログラム仕様
に応じたパターンに加工し、そのレジスト膜14を用い
て層間絶縁膜10をエッチング加工する。その結果、特
定のメモリセルトランジスタのドレイン領域8aにのみ
コンタクトホール12が形成され、特定のメモリセルト
ランジスタM22には、コンタクトはホール12が形成さ
れない。
As shown in FIG. 7, word lines W 1 , W 2 ,
Memory cell transistors M 11 to M mn are formed at the intersections of W 3 and the impurity diffusion layers 8a and 8b. When programming a specific memory cell transistor M 22 , a contact hole is not formed only in the drain region 8a of the transistor M 22 , but a contact hole 12 is formed in the drain regions 8a of the other memory cell transistors. That is, the contact hole 12 is formed according to the program specifications. Specifically, as shown in FIG. 9, when the program specifications are determined, a resist film 14 is formed on the interlayer insulating film 10, and the resist film 14 is formed according to the program specifications by photolithography. Then, the inter-layer insulating film 10 is etched by using the resist film 14 having the above pattern. As a result, the contact hole 12 only in the drain region 8a is formed of a specific memory cell transistor, a particular memory cell transistors M 22, contact holes 12 are not formed.

【0008】その後、コンタクトホール12の内部にア
ルミニウム金属配線層などのビット線用配線層を埋め込
み、図6に示すビット線B1 ,B2 ,B3 を形成する。
図6に示すように、コンタクトホールが形成されない特
定のメモリセルトランジスタM22にはビット線B2 が接
続されない。したがって、メモリセルトランジスタM 22
は、ワード線W2 で選択されても、ビット線B2 から
は、電流が検出されない。すなわち、プログラム仕様に
応じたデータの記憶が可能になる。
Thereafter, the contact hole 12 is internally
Embedded wiring layers for bit lines such as aluminum metal wiring layers
Bit line B shown in FIG.1 , B2 , B3 To form
As shown in FIG. 6, the feature that the contact hole is not formed
Memory cell transistor Mtwenty twoTo bit line B2 Contact
Not continued. Therefore, the memory cell transistor M twenty two
Is the word line W2 Bit line B2 From
Current is not detected. That is, the program specifications
It is possible to store the corresponding data.

【0009】次に、イオン注入プログラム方式のマスク
ROM装置について説明する。図10はイオン注入方式
でプログラムされるマスクROM装置のメモリセルアレ
イを示す図、図11は図10に示すメモリセルアレイの
パターンレイアウトを示す平面図、図12は図10に示
すXII−XII線に沿う要部断面図、図13は図12と同じ
断面側から見たプログラム工程であるイオン注入工程を
示す要部断面図である。
Next, an ion implantation program type mask ROM device will be described. 10 is a diagram showing a memory cell array of a mask ROM device programmed by an ion implantation method, FIG. 11 is a plan view showing a pattern layout of the memory cell array shown in FIG. 10, and FIG. 12 is taken along line XII-XII shown in FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view of a main part, and FIG. 13 is a cross-sectional view of a main part showing an ion implantation step which is a programming step viewed from the same section side as FIG.

【0010】図11,12に示すように、イオン注入方
式でプログラムされるマスクROMでは、半導体基板2
の表面に、素子分離領域(LOCOS)4が所定パター
ンで形成してあり、LOCOS4に囲まれる半導体基板
2の表面には、ゲート絶縁膜6が形成してある。ゲート
絶縁膜6の上には、図10に示すワード線W1 ,W2
3 となるゲート電極13が所定パターンで形成してあ
る。
As shown in FIGS. 11 and 12, in the mask ROM programmed by the ion implantation method, the semiconductor substrate 2 is used.
An element isolation region (LOCOS) 4 is formed in a predetermined pattern on the surface of, and a gate insulating film 6 is formed on the surface of the semiconductor substrate 2 surrounded by the LOCOS 4. On the gate insulating film 6, the word lines W 1 , W 2 ,
The gate electrode 13 to be W 3 is formed in a predetermined pattern.

【0011】図11,12に示すように、半導体基板2
の表層には、ゲート電極であるワード線W1 ,W2 ,W
3 の上からイオン注入することにより、ドレイン領域8
aとソース領域8bとが形成してある。ソース領域8b
が、図10に示すソース線Sに相当する。また、ゲート
電極13であるワード線W1 ,W2 ,W3 の上には、図
12に示す層間絶縁膜10が形成してある。
As shown in FIGS. 11 and 12, the semiconductor substrate 2
Of the word lines W 1 , W 2 , W which are gate electrodes
By implanting ions from above 3 , the drain region 8
a and the source region 8b are formed. Source region 8b
Corresponds to the source line S shown in FIG. Further, the interlayer insulating film 10 shown in FIG. 12 is formed on the word lines W 1 , W 2 and W 3 which are the gate electrodes 13.

【0012】層間絶縁膜10には、各メモリセルトラン
ジスタM11〜Mmnのドレイン領域8aに向けて開口する
コンタクトホール12が形成してある。層間絶縁膜10
の上には、ワード線W1 〜Wn に直交するパターンでビ
ット線B1 〜Bn となる配線層15(図12参照)が形
成してあり、各コンタクトホール12内に入り込むよう
になっている。イオン注入方式では、図11に示す縦方
向に隣接する一対のメモリセルトランジスタ毎に一個の
コンタクトホール12で良い。
[0012] The interlayer insulating film 10, a contact hole 12 which opens toward the drain region 8a of the memory cell transistors M 11 ~M mn is is formed. Interlayer insulating film 10
A wiring layer 15 (see FIG. 12) to be the bit lines B 1 to B n is formed on the above in a pattern orthogonal to the word lines W 1 to W n so as to enter into each contact hole 12. ing. In the ion implantation method, one contact hole 12 may be provided for each pair of memory cell transistors adjacent in the vertical direction shown in FIG.

【0013】図11に示すように、ワード線W1 ,W
2 ,W3 と、不純物拡散層8a,8bとの交わる部分
に、メモリセルトランジスタM11〜Mmnが形成される。
特定のメモリセルトランジスタM22にプログラムする場
合には、図13に示すように、ゲート電極およびソース
・ドレイン領域8a,8bが形成される前の時点で、半
導体基板2の表面にゲート絶縁膜6を成膜した直後に、
レジスト膜20を所定パターンで成膜し、たとえばB+
イオンを、1×1011〜1×1014/cm2 のドーズ量
で、特定のメモリセルトランジスタのチャネル22が形
成される予定領域にイオン注入する。このイオン注入を
行うことで、特定のメモリセルトランジスタのしきい値
電圧Vthが1Vから5V程度に上がり、読み出し時に電
流が流れないようになる。なお、その逆の方法でプログ
ラムも可能である。
As shown in FIG. 11, word lines W 1 , W
Memory cell transistors M 11 to M mn are formed at the intersections of 2 and W 3 with the impurity diffusion layers 8 a and 8 b.
When programming a specific memory cell transistor M 22 , as shown in FIG. 13, the gate insulating film 6 is formed on the surface of the semiconductor substrate 2 before the gate electrodes and the source / drain regions 8a and 8b are formed. Immediately after forming the film,
A resist film 20 is formed in a predetermined pattern and is formed of, for example, B +
Ions are ion-implanted at a dose amount of 1 × 10 11 to 1 × 10 14 / cm 2 into a region where a channel 22 of a specific memory cell transistor will be formed. By performing this ion implantation, the threshold voltage V th of the specific memory cell transistor rises from 1 V to about 5 V, and no current flows during reading. Note that the reverse method can also be used for programming.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
コンタクトホール方式プログラム型マスクROM装置で
は、プログラム工程がプロセスの後工程にあるので、T
ATが短いという利点がある反面、図7に示すように、
1メモリーセルに1個のコンタクトホール12が必要と
なるので、メモリーセル面積が大きくなると言う課題を
有する。
However, in the above-mentioned contact hole type program mask ROM device, the programming process is in the subsequent process, so that T
While it has the advantage of short AT, as shown in FIG.
Since one contact hole 12 is required for one memory cell, there is a problem that the memory cell area becomes large.

【0015】一方、イオン注入方式のマスククロム装置
では、メモリセルトランジスタのチャネル部にイオン注
入し、そのトランジスタのしきい値電圧Vthを制御する
方法であり、図11に示すように、メモリセルの面積を
小さくすることができ、高集積化を図ることができる反
面、プログラム工程であるイオン注入を、ゲート絶縁膜
の形成前後に行うため、TATが長くなると言う課題が
ある。
On the other hand, in the ion implantation type mask chrome apparatus, a method of implanting ions into the channel portion of the memory cell transistor and controlling the threshold voltage V th of the transistor is used. As shown in FIG. While the area can be reduced and high integration can be achieved, there is a problem that TAT becomes long because the ion implantation, which is a programming step, is performed before and after the gate insulating film is formed.

【0016】したがって、TATが短く、かつ高集積化
が行えるプログラム方式のマスクROM装置が求められ
ている。本発明は、このような実状に鑑みてなされ、T
ATが短く、かつ高集積化が行えるプログラム方式のマ
スクROM装置を提供することを目的とする。
Therefore, there is a demand for a program type mask ROM device which has a short TAT and can be highly integrated. The present invention has been made in view of such circumstances, and
An object of the present invention is to provide a program-type mask ROM device having a short AT and capable of high integration.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る第1のマスクROM装置は、ゲート電
極を有するメモリセルトランジスタがマトリックス状に
配置されたマスクROM装置であって、プログラムすべ
き特定のメモリセルトランジスタのゲート電極中の不純
物濃度が、プログラムされない他のメモリセルトランジ
スタのゲート電極中の不純物濃度に比較して、相違させ
てあることを特徴とする。
To achieve the above object, a first mask ROM device according to the present invention is a mask ROM device in which memory cell transistors having gate electrodes are arranged in a matrix. The impurity concentration in the gate electrode of a specific memory cell transistor to be programmed is different from the impurity concentration in the gate electrode of another memory cell transistor that is not programmed.

【0018】前記プログラムすべき特定のメモリセルト
ランジスタのゲート電極の不純物濃度と、前記プログラ
ムされない他のメモリセルトランジスタのゲート電極中
の不純物濃度とのいずれか一方が、1×1018cm-3以
下であり、いずれか他方が、1×1019cm-3以上であ
ることが好ましい。
[0018] and the impurity concentration of the gate electrode of the specific memory cell transistor to be the program, either the impurity concentration in the gate electrode of the other memory cell transistors is not the program, 1 × 10 18 cm - 3 or less , and the other one is, 1 × 10 19 cm - is preferably 3 or more.

【0019】前記プログラムすべき特定のメモリセルト
ランジスタのゲート電極の不純物と、前記プログラムさ
れない他のメモリセルトランジスタのゲート電極中の不
純物とは、同一極性であることが好ましい。本発明に係
る第1のマスクROM装置の製造方法は、半導体基板の
表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁
膜の上に、比較的低濃度の不純物がドープされたゲート
電極を形成する工程と、ゲート電極の上に、層間絶縁膜
を形成する工程と、プログラム仕様が決定された後に、
特定のメモリセルトランジスタのゲート電極に対して、
ゲート電極に含まれる不純物と同じ極性の不純物を用い
て追加のイオン注入を行い、特定のメモリセルトランジ
スタのゲート電極中に含まれる不純物の濃度を、他のメ
モリセルトランジスタのゲート電極中に含まれる不純物
の濃度に対して高く設定する工程とを有する。
It is preferable that the impurities of the gate electrode of the specific memory cell transistor to be programmed have the same polarity as the impurities of the gate electrode of the other memory cell transistor which is not programmed. A first mask ROM device manufacturing method according to the present invention comprises a step of forming a gate insulating film on a surface of a semiconductor substrate, and a step of forming a gate electrode doped with a relatively low concentration of impurities on the gate insulating film. After the step of forming, the step of forming an interlayer insulating film on the gate electrode, and the program specifications are determined,
For the gate electrode of a specific memory cell transistor,
Impurity having the same polarity as the impurity contained in the gate electrode is used to perform additional ion implantation so that the concentration of the impurity contained in the gate electrode of the specific memory cell transistor is contained in the gate electrodes of other memory cell transistors. And a step of setting the impurity concentration higher.

【0020】前記層間絶縁膜を形成する前に、メモリセ
ルトランジスタの周辺回路領域に、前記ゲート電極に含
まれる不純物と同一極性の不純物が含まれる絶縁膜を成
膜し、その後熱処理することで、周辺回路のゲート電極
に含まれる不純物の濃度を高く設定することが好まし
い。
Before forming the interlayer insulating film, an insulating film containing an impurity having the same polarity as the impurity contained in the gate electrode is formed in the peripheral circuit region of the memory cell transistor, and then heat-treated, It is preferable to set a high concentration of impurities contained in the gate electrode of the peripheral circuit.

【0021】本発明に係る第2のマスクROM装置は、
ゲート電極を有するメモリセルトランジスタがマトリッ
クス状に配置されたマスクROM装置であって、プログ
ラムすべき特定のメモリセルトランジスタのゲート電極
中の不純物の極性が、プログラムされない他のメモリセ
ルトランジスタのゲート電極中の不純物の極性に比較し
て相違させてある。
A second mask ROM device according to the present invention is
In a mask ROM device in which memory cell transistors having gate electrodes are arranged in a matrix, the polarity of impurities in a gate electrode of a specific memory cell transistor to be programmed is in a gate electrode of another memory cell transistor which is not programmed. The polarities of the impurities are different from each other.

【0022】本発明に係る第2のマスクROM装置の製
造方法は、半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成する
工程と、前記ゲート絶縁膜の上に、比較的低濃度の第1
不純物がドープされたゲート電極を形成する工程と、ゲ
ート電極の上に、層間絶縁膜を形成する工程と、プログ
ラム仕様が決定された後に、特定のメモリセルトランジ
スタのゲート電極に対して、ゲート電極に含まれる第1
不純物と反対の極性の第2の不純物を用い、前記第1不
純物の濃度よりも高濃度となるように、追加のイオン注
入を行い、特定のメモリセルトランジスタのゲート電極
中に含まれる不純物の極性を、他のメモリセルトランジ
スタのゲート電極中に含まれる不純物の極性と異ならせ
る工程とを有する。
A second method for manufacturing a mask ROM device according to the present invention comprises a step of forming a gate insulating film on the surface of a semiconductor substrate, and a first step of relatively low concentration on the gate insulating film.
A step of forming a gate electrode doped with impurities, a step of forming an interlayer insulating film on the gate electrode, and a step of forming a gate electrode with respect to a gate electrode of a specific memory cell transistor after the program specifications are determined. First included in
A second impurity having a polarity opposite to that of the impurity is used, and additional ion implantation is performed so that the concentration is higher than that of the first impurity, and the polarity of the impurity contained in the gate electrode of the specific memory cell transistor Is different from the polarity of impurities contained in the gate electrode of another memory cell transistor.

【0023】前記層間絶縁膜を形成する前に、メモリセ
ルトランジスタの周辺回路領域に、前記ゲート電極に含
まれる第1不純物と同一極性の不純物が含まれる絶縁膜
を成膜し、その後熱処理することで、周辺回路のゲート
電極に含まれる不純物の濃度を高く設定することが好ま
しい。
Before forming the interlayer insulating film, an insulating film containing an impurity having the same polarity as the first impurity contained in the gate electrode is formed in the peripheral circuit region of the memory cell transistor, and then heat treatment is performed. Therefore, it is preferable to set the concentration of impurities contained in the gate electrode of the peripheral circuit to be high.

【0024】[0024]

【作用】メモリセルトランジスタのしきい値電圧V
thは、次式で表わせる。
Operation: The threshold voltage V of the memory cell transistor
th can be expressed by the following equation.

【0025】[0025]

【数1】Vth=ΦMS+2Φf +QB /Cox ただし、ΦMSは仕事関数、Φf はフェルミポテンシャ
ル、QB は空乏電荷、C oxはゲート容量である。
[Formula 1] Vth= ΦMS+ 2Φf+ QB/ Cox Where ΦMSIs the work function, ΦfFermi Potentia
Le, QBIs the depletion charge, C oxIs the gate capacitance.

【0026】ここで、ゲート容量Coxは次式で表わされ
る。
Here, the gate capacitance C ox is expressed by the following equation.

【0027】[0027]

【数2】Cox=ε/t ただし、εはゲート絶縁膜の誘電率、tはゲート絶縁膜
の膜厚である。
## EQU00002 ## where C.sub.ox = .epsilon. / T where .epsilon. Is the dielectric constant of the gate insulating film and t is the film thickness of the gate insulating film.

【0028】本発明の第1の観点に係るマスクROM装
置では、個々のメモリセルトランジスタのゲート電極中
の不純物濃度を制御する。上記数式1および2より、メ
モリセルトランジスタのしきい値電圧Vthは、ゲート絶
縁膜が厚くなるほど高くなる。また、図2に示すよう
に、ゲート電極中の不純物濃度が高くなるほど、ゲート
絶縁膜の実質的膜厚は低下する。なお、図2は、ゲート
電極としてポリシリコン膜を用い、それにドープされる
不純物としてN型不純物を用い、ゲート絶縁膜として酸
化シリコン膜を用いた結果を示す。
In the mask ROM device according to the first aspect of the present invention, the impurity concentration in the gate electrode of each memory cell transistor is controlled. From Equations 1 and 2, the threshold voltage V th of the memory cell transistor becomes higher as the gate insulating film becomes thicker. Further, as shown in FIG. 2, the higher the impurity concentration in the gate electrode, the lower the substantial film thickness of the gate insulating film. Note that FIG. 2 shows the results when a polysilicon film is used as the gate electrode, N-type impurities are used as impurities to be doped into the polysilicon film, and a silicon oxide film is used as the gate insulating film.

【0029】図2に示す結果によれば、ゲート電極中の
不純物濃度が1×1020/cm3 以下になると、ゲート
電極(ポリシリコン膜)の空乏効果により、ゲート絶縁
膜(酸化シリコン膜)の実質的な厚膜化が現れ出すこと
が分かる。たとえばゲート電極中の不純物濃度が1×1
19/cm3 以下では、ゲート絶縁膜の実質的膜厚t
は、10nmから12nmとおよそ20%程度厚膜化
し、1×1018/cm3 以下では、10nmから20n
mとなり、およそ2倍になることが分かる。
According to the results shown in FIG. 2, when the impurity concentration in the gate electrode is 1 × 10 20 / cm 3 or less, the gate insulating film (silicon oxide film) is depleted due to the depletion effect of the gate electrode (polysilicon film). It can be seen that the substantial thickening of the film appears. For example, the impurity concentration in the gate electrode is 1 × 1
When it is 0 19 / cm 3 or less, the substantial thickness t of the gate insulating film is t.
Has a thickness of 10 nm to 12 nm, which is about 20% thicker, and 10 nm to 20 n at 1 × 10 18 / cm 3 or less.
It can be seen that the value becomes m, which is approximately doubled.

【0030】上記数式1および2と、図2に示す結果と
から、ゲート電極に含まれる不純物の濃度を変化させる
ことで、メモリセルトランジスタのしきい値電圧Vth
変化させることができることが分かる。本発明に係る第
1のマスクROM装置では、プログラムすべき特定のメ
モリセルトランジスタのゲート電極中に、たとえばリン
を追加イオン注入することにより、他のメモリセルトラ
ンジスタのゲート電極中の不純物濃度よりも高く設定
し、そのトランジスタのVthを下げ、プログラムを行
う。あるいは、特定のゲート電極中の不純物濃度のみを
低下させ、特定のトランジスタのしきい値電圧Vthを上
げることでプログラムすることも可能である。
From the above equations 1 and 2 and the results shown in FIG. 2, it is understood that the threshold voltage V th of the memory cell transistor can be changed by changing the concentration of the impurity contained in the gate electrode. . In the first mask ROM device according to the present invention, phosphorus is additionally ion-implanted into the gate electrode of the specific memory cell transistor to be programmed, so that the impurity concentration in the gate electrode of another memory cell transistor is higher than that of the other memory cell transistor. The programming is performed by setting it high and decreasing the V th of the transistor. Alternatively, it is possible to perform programming by reducing only the impurity concentration in a specific gate electrode and increasing the threshold voltage V th of the specific transistor.

【0031】すなわち、本発明に係る第1のメモリセル
トランジスタでは、ゲート電極の空乏効果を利用するこ
とにより、メモリーセルのサイズを大きくすることな
く、メモリセルトランジスタのしきい値電圧Vthを制御
することが可能になる。本発明の第2の観点に係るマス
クROM装置では、個々のメモリセルトランジスタのゲ
ート電極中の不純物の極性を制御する。
That is, in the first memory cell transistor according to the present invention, by utilizing the depletion effect of the gate electrode, the threshold voltage V th of the memory cell transistor is controlled without increasing the size of the memory cell. It becomes possible to do. In the mask ROM device according to the second aspect of the present invention, the polarities of the impurities in the gate electrodes of the individual memory cell transistors are controlled.

【0032】上記数式1より、メモリセルトランジスタ
のしきい値電圧Vthは、仕事関数差ΦMSに依存するの
で、本発明では、ゲート電極中の不純物の極性を制御す
ることにより、仕事関数差ΦMSを制御し、特定のメモリ
セルトランジスタのしきい値電圧Vthを制御することが
可能である。
Since the threshold voltage V th of the memory cell transistor depends on the work function difference Φ MS from the above formula 1, in the present invention, the work function difference is controlled by controlling the polarity of the impurities in the gate electrode. It is possible to control Φ MS and control the threshold voltage V th of a specific memory cell transistor.

【0033】たとえば、ゲート電極中の不純物の極性
を、N型からP型に変更すれば、その仕事関数差によ
り、メモリセルトランジスタのしきい値電圧Vthを、お
よそ1V程度上げることが可能である。もちろん、その
逆のプログラムも可能である。すなわち、本発明に係る
第2のマスクROMでは、個々のメモリセルトランジス
タのゲート電極中の不純物の極性を制御することによ
り、メモリーセルのサイズを大きくすることなく、メモ
リセルトランジスタのしきい値電圧Vthを制御すること
が可能になる。
For example, if the polarity of the impurities in the gate electrode is changed from N type to P type, the threshold voltage V th of the memory cell transistor can be increased by about 1 V due to the work function difference. is there. Of course, the reverse program is also possible. That is, in the second mask ROM according to the present invention, by controlling the polarities of the impurities in the gate electrodes of the individual memory cell transistors, the threshold voltage of the memory cell transistor can be increased without increasing the size of the memory cell. It becomes possible to control V th .

【0034】また、本発明の第1の観点および第2の観
点に係るマスクROM装置の製造方法では、プログラム
工程は、ゲート電極の形成後、ゲート電極中へ不純物を
イオン中に有することにより行うため、プロセスの後工
程で行うことが可能であり、よってTATの短縮化が可
能となる。
In the method for manufacturing the mask ROM device according to the first and second aspects of the present invention, the programming step is performed by forming impurities in the ions in the gate electrode after forming the gate electrode. Therefore, it can be performed in a later step of the process, and thus TAT can be shortened.

【0035】[0035]

【実施例】以下、本発明に係るマスクROM装置を、図
面に示す実施例に基づき、詳細に説明する。図1は本発
明の実施例に係るマスクROM装置のメモリセルアレイ
を示す図、図2はゲート電極中のN型不純物濃度とゲー
ト絶縁膜の実質的膜厚との関係を示す図、図3は図1に
示すメモリセルアレイのパターンレイアウトを示す平面
図、図4は図3に示すIV−IV線に沿う要部断面図、図5
は図4と同じ断面側から見たプログラム工程であるコン
タクトホール形成工程を示す要部断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A mask ROM device according to the present invention will be described below in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a memory cell array of a mask ROM device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the N-type impurity concentration in the gate electrode and the substantial film thickness of the gate insulating film, and FIG. FIG. 4 is a plan view showing the pattern layout of the memory cell array shown in FIG. 1, FIG. 4 is a cross-sectional view of an essential part taken along line IV-IV shown in FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view of an essential part showing a contact hole forming step which is a programming step viewed from the same section side as FIG. 4.

【0036】図1,3,4に示すように、本発明の一実
施例に係るマスクROM装置では、半導体基板30の表
面に、素子分離領域(LOCOS)32が所定パターン
で形成してあり、LOCOS32に囲まれる半導体基板
30の表面には、ゲート絶縁膜34が形成してある。ゲ
ート絶縁膜34の上には、図3に示すワード線W1 〜W
m (ゲート電極36を兼ねる)が所定パターンで形成し
てある。
As shown in FIGS. 1, 3 and 4, in a mask ROM device according to an embodiment of the present invention, an element isolation region (LOCOS) 32 is formed in a predetermined pattern on the surface of a semiconductor substrate 30, A gate insulating film 34 is formed on the surface of the semiconductor substrate 30 surrounded by the LOCOS 32. The word lines W 1 to W shown in FIG. 3 are formed on the gate insulating film 34.
m (also serving as the gate electrode 36) is formed in a predetermined pattern.

【0037】図3に示すように、半導体基板30の表層
には、ゲート電極であるワード線W 1 〜Wm の上からイ
オン注入することにより、ドレイン領域42aとソース
領域42bとが形成してある。ソース領域42bが、図
1に示すソース線Sに相当する。また、ゲート電極36
であるワード線W1 〜Wm の上には、図4に示す層間縁
膜38が形成してある。
As shown in FIG. 3, the surface layer of the semiconductor substrate 30.
Is a word line W which is a gate electrode. 1 ~ WmFrom above
By injecting on, the drain region 42a and the source
A region 42b is formed. Source region 42b is
1 corresponds to the source line S shown in FIG. In addition, the gate electrode 36
Is the word line W1 ~ WmAbove the top is the interlayer edge shown in FIG.
A film 38 is formed.

【0038】層間絶縁膜38には、各メモリセルトラン
ジスタM11〜Mmnのドレイン領域42aに向けて開口す
るコンタクトホール44が形成してある。層間絶縁膜3
8の上には、ワード線W1 〜Wn に直交するパターンで
ビット線B1 〜Bn となる配線層40(図4参照)が形
成してあり、各コンタクトホール44(図3参照)内に
入り込むようになっている。本実施例のプログラム方式
では、図3に示す縦方向に隣接する一対のメモリセルト
ランジスタ毎に一個のコンタクトホール12で良い。
The interlayer insulating film 38 is formed a contact hole 44 which opens toward the drain region 42a of the memory cell transistors M 11 ~M mn. Interlayer insulation film 3
Wiring layers 40 (see FIG. 4) to be the bit lines B 1 to B n are formed on the wirings 8 in a pattern orthogonal to the word lines W 1 to W n , and each contact hole 44 (see FIG. 3). It is designed to get inside. In the programming method of this embodiment, one contact hole 12 may be provided for each pair of memory cell transistors adjacent in the vertical direction shown in FIG.

【0039】図3に示すように、ワード線W1 〜W
m と、不純物拡散層42a,42bとの交わる部分に、
メモリセルトランジスタM11〜Mmnが形成される。本実
施例において、特定のメモリセルトランジスタM22にプ
ログラムする場合には、そのメモリセルトランジスタの
ゲート電極36aにのみ、追加のイオン注入を行うこと
により、そのゲート電極36aに含まれる不純物の濃度
を、他のメモリセルトランジスタのゲート電極36に比
較して、高く設定してある。あるいは、その特定のメモ
リセルトランジスタM22のゲート電極36aにのみ、追
加のイオン注入を行わないことにより、そのゲート電極
36aに含まれる不純物の濃度を、他のメモリセルトラ
ンジスタのゲート電極36に比較して、低く設定してあ
る。
As shown in FIG. 3, word lines W 1 -W
At the intersection of m and the impurity diffusion layers 42a and 42b,
Memory cell transistors M 11 to M mn are formed. In this example, to program a particular memory cell transistor M 22 is only the gate electrode 36a of the memory cell transistor, by performing additional ion implantation, the concentration of the impurity contained in the gate electrode 36a , Is set higher than the gate electrodes 36 of other memory cell transistors. Alternatively, only compared to the gate electrode 36a of the particular memory cell transistors M 22, by not performing the additional ion implantation, the concentration of the impurity contained in the gate electrode 36a, the gate electrode 36 of the other memory cell transistors And set it low.

【0040】たとえば、プログラムすべきメモリセルト
ランジスタM22のゲート電極36a中の不純物濃度を、
1×1019/cm3 以上に、または1×1020/cm3
以上に設定し、その他のメモリセルトランジスタのゲー
ト電極中の不純物濃度を1×1018/cm3 以下に設定
する。このように設定すれば、図2に示す傾向と前記数
式1,2から、特定のメモリセルトランジスタのしきい
値電圧Vthを、他のメモリセルトランジスタのそれに比
較して十分に低く設定することができる。そのため、デ
ータの判別が容易である。
For example, the impurity concentration in the gate electrode 36a of the memory cell transistor M 22 to be programmed is
1 × 10 19 / cm 3 or more, or 1 × 10 20 / cm 3
With the above settings, the impurity concentration in the gate electrodes of the other memory cell transistors is set to 1 × 10 18 / cm 3 or less. With this setting, the threshold voltage V th of the specific memory cell transistor should be set sufficiently lower than those of the other memory cell transistors from the tendency shown in FIG. You can Therefore, it is easy to determine the data.

【0041】次に、図5(A)〜(E)に基づき、本実
施例に係るマスクROMの製造方法について説明する。
図5(A)に示すように、まず、半導体基板30の表面
に、窒化シリコン膜を用いた選択熱酸化法により、LO
COS32を形成する。半導体基板30としては、たと
えばNチャネル型トランジスタを構成する場合には、P
型単結晶シリコンウェーハ、あるいはN型単結晶シリコ
ンウェーハの表面にPウェルを形成したものが用いられ
る。また、Pチャネル型トランジスタを構成する場合に
は、N型単結晶シリコンウェーハ、あるいはP型単結晶
シリコンウェーハの表面にNウェルを形成したものが用
いられる。以下の説明では、メモリセルトランジスタと
して、Nチャネル型MOSトランジスタを用いる場合を
例として説明する。なお、LOCOS32は、酸化シリ
コンで構成される。
Next, a method for manufacturing the mask ROM according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 5A, first, LO is formed on the surface of the semiconductor substrate 30 by a selective thermal oxidation method using a silicon nitride film.
COS 32 is formed. As the semiconductor substrate 30, for example, in the case of forming an N-channel type transistor, P
A type single crystal silicon wafer or an N type single crystal silicon wafer having a P well formed on its surface is used. Further, when forming a P-channel type transistor, an N-type single crystal silicon wafer or a P-type single crystal silicon wafer having an N well formed on the surface thereof is used. In the following description, a case where an N channel type MOS transistor is used as the memory cell transistor will be described as an example. The LOCOS 32 is made of silicon oxide.

【0042】次に、LOCOS32で囲まれた半導体基
板30の表面には、ゲート絶縁膜34を成膜する。ゲー
ト絶縁膜34は、たとえば熱酸化法により形成され、厚
さ10nm以下程度の酸化シリコン膜で構成される。次
に、図5(B)に示すように、低濃度(1×1018/c
3 以下)のN型不純物を有するゲート電極36を、ゲ
ート絶縁膜34およびLOCOS32の上に形成する。
このゲート電極36は、たとえばポリシリコン膜、ある
いはポリシリコン膜とシリサイド膜(たとえばタングス
テンシリサイド膜)との積層膜であるポリサイド膜で構
成され、その膜厚は、特に限定されないが、200nm
以下程度である。このゲート電極36を形成するには、
ノンドープのポリシリコン膜あるいはポリサイド膜を基
板の全面に成膜した後、リン(Phos+ )イオンを、ドー
ズ量1×1012〜1×1015/cm2 程度イオン注入
し、その後、ワード線のパターンにエッチング加工す
る。
Next, a gate insulating film 34 is formed on the surface of the semiconductor substrate 30 surrounded by the LOCOS 32. The gate insulating film 34 is formed by, for example, a thermal oxidation method, and is composed of a silicon oxide film having a thickness of about 10 nm or less. Next, as shown in FIG. 5B, a low concentration (1 × 10 18 / c
A gate electrode 36 having an N-type impurity of m 3 or less) is formed on the gate insulating film 34 and the LOCOS 32.
The gate electrode 36 is formed of, for example, a polysilicon film or a polycide film which is a laminated film of a polysilicon film and a silicide film (for example, a tungsten silicide film), and its film thickness is not particularly limited, but is 200 nm.
It is about the following. To form this gate electrode 36,
After a non-doped polysilicon film or polycide film is formed on the entire surface of the substrate, phosphorus (Phos + ) ions are ion-implanted at a dose of about 1 × 10 12 to 1 × 10 15 / cm 2 , and then the word line Etch into a pattern.

【0043】次に、図5(C)に示すように、ゲート電
極36の上に、不純物含有絶縁膜37をCVDなどで堆
積する。不純物含有絶線膜としては、特に限定されない
が、本実施例では、たとえばリンを3〜5重量%含むP
SG膜(リンドープガラス膜)が用いられる。その膜厚
は、特に限定されないが、たとえば200nm以下程度
である。
Next, as shown in FIG. 5C, an impurity-containing insulating film 37 is deposited on the gate electrode 36 by CVD or the like. The impurity-containing extinction film is not particularly limited, but in the present embodiment, for example, P containing 3 to 5% by weight of phosphorus is used.
An SG film (phosphorus-doped glass film) is used. The film thickness is not particularly limited, but is, for example, about 200 nm or less.

【0044】次に、図5(D)に示すように、メモリセ
ル領域(メモリセルがマトリックス状に形成された領
域)での不純物含有絶縁膜37を除去する。ただし、周
辺回路での不純物含有絶縁膜37は除去しない。その
後、基板30を900°C程度、30分程度のアニール
処理を行う。その結果、メモリセル領域でのゲート電極
中のリン濃度は、1×1018/cm3 以下と低く設定で
き、その他の周辺回路におけるトランジスタのゲート電
極中のリン濃度は、PSG膜からのリンの拡散により、
1×1021/cm3 程度と高く設定され、そのトランジ
スタの能力を律速することはない。
Next, as shown in FIG. 5D, the impurity-containing insulating film 37 in the memory cell region (the region where the memory cells are formed in a matrix) is removed. However, the impurity-containing insulating film 37 in the peripheral circuit is not removed. After that, the substrate 30 is annealed at about 900 ° C. for about 30 minutes. As a result, the phosphorus concentration in the gate electrode in the memory cell region can be set as low as 1 × 10 18 / cm 3 or less, and the phosphorus concentration in the gate electrode of the transistor in the other peripheral circuits can be set to that of phosphorus from the PSG film. By diffusion,
It is set as high as 1 × 10 21 / cm 3 and does not limit the capacity of the transistor.

【0045】その後、ゲート電極の上からソース・ドレ
イン領域形成用のイオン注入を行い、図5(E)に示す
ように、層間絶縁膜38を成膜する。層間絶縁膜38と
しては、特に限定されないが、たとえば酸化シリコン膜
で構成される。その後、プログラム仕様が決定した段階
で、層間絶縁膜38の上に、レジスト膜46を成膜し、
プログラム仕様に合わせてレジスト膜46をフォトリソ
グラフィー加工する。その後、レジスト膜46に形成さ
れた開口部48から、図3に示す特定のメモリセルトラ
ンジスタM22のゲート電極36aに対し、リン(Pho
s+ )イオンを、200KeV〜2MeVの注入エネル
ギー、1×1014〜1×1016/cm2 程度のドーズ量
で、追加のイオン注入を行う。その結果、特定のメモリ
セルトランジスタM22のゲート電極36a中には、不純
物としてのリンの濃度が1×1019〜1×1020/cm
3 以上程度に設定される。
After that, ion implantation for forming source / drain regions is performed from above the gate electrode to form an interlayer insulating film 38 as shown in FIG. 5 (E). The interlayer insulating film 38 is not particularly limited, but is made of, for example, a silicon oxide film. After that, when the program specifications are determined, a resist film 46 is formed on the interlayer insulating film 38,
The resist film 46 is processed by photolithography according to the program specifications. Thereafter, the opening 48 formed in the resist film 46, to the gate electrode 36a of the specific memory cell transistor M 22 shown in FIG. 3, phosphorus (Pho
s + ) ions are additionally ion-implanted with an implantation energy of 200 KeV to 2 MeV and a dose amount of about 1 × 10 14 to 1 × 10 16 / cm 2 . As a result, in the gate electrode 36a of the specific memory cell transistor M 22, the concentration of phosphorus as an impurity 1 × 10 19 ~1 × 10 20 / cm
It is set to about 3 or more.

【0046】したがって、特定のメモリセルトランジス
タM22のしきい値電圧のみが、他と比べて低くなり、プ
ログラムが可能になる。なお、特定のメモリセルトラン
ジスタM22以外のメモリセルトランジスタのゲート電極
に対して、追加のイオン注入を行うことで、プログラム
を行うこともできる。また、追加のイオン注入を行う不
純物の種類は、ゲート電極中に最初に含まれる不純物の
極性と同一であれば、その種類は特に限定されない。
Therefore, only the threshold voltage of the specific memory cell transistor M 22 becomes lower than the others, and programming becomes possible. Note that programming can also be performed by performing additional ion implantation to the gate electrodes of memory cell transistors other than the specific memory cell transistor M 22 . Further, the type of the impurity for performing the additional ion implantation is not particularly limited as long as it is the same as the polarity of the impurity initially contained in the gate electrode.

【0047】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。次に示す実施例では、前記実施例と途中までの工程
が同一なので、その説明は省略する。本実施例では、図
5(E)に示すように、プログラム仕様が決定した段階
で、層間絶縁膜38の上に、レジスト膜46を成膜し、
プログラム仕様に合わせてレジスト膜46をフォトリソ
グラフィー加工する。その後、レジスト膜46に形成さ
れた開口部48から、図3に示す特定のメモリセルトラ
ンジスタM22のゲート電極36aに対し、ボロン
(B+ )イオンを、100KeV〜2MeVの注入エネ
ルギー、1×1014〜1×1016/cm2 程度のドーズ
量で、追加のイオン注入を行う。その結果、特定のメモ
リセルトランジスタM22のゲート電極36a中には、不
純物としてのボロンが含まれ、その濃度が1×1019
1×1020/cm3 以上程度に設定され、ゲート電極が
P型に変化する。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following embodiment, the steps up to the middle are the same as those in the above embodiment, and the description thereof will be omitted. In this embodiment, as shown in FIG. 5E, a resist film 46 is formed on the interlayer insulating film 38 at the stage when the program specifications are determined,
The resist film 46 is processed by photolithography according to the program specifications. Then, from the opening 48 formed in the resist film 46, boron (B + ) ions are implanted into the gate electrode 36a of the specific memory cell transistor M 22 shown in FIG. 3 with an implantation energy of 100 KeV to 2 MeV, 1 × 10 3. Additional ion implantation is performed with a dose amount of about 14 to 1 × 10 16 / cm 2 . As a result, in the gate electrode 36a of the specific memory cell transistors M 22, it contains boron as an impurity, the concentration of 1 × 10 19 ~
It is set to about 1 × 10 20 / cm 3 or more, and the gate electrode changes to P type.

【0048】したがって、仕事関数差により、特定のメ
モリセルトランジスタM22のしきい値電圧のみが、他と
比べて約1V程度高く設定することが可能になり、プロ
グラムが可能になる。なお、特定のメモリセルトランジ
スタM22以外のメモリセルトランジスタのゲート電極に
対して、追加のイオン注入を行うことで、プログラムを
行うこともできる。また、追加のイオン注入を行う不純
物の種類は、ゲート電極中に最初に含まれる不純物の極
性と反対であれば、その種類は特に限定されない。
Therefore, due to the work function difference, only the threshold voltage of the specific memory cell transistor M 22 can be set higher by about 1 V as compared with the others, and the programming becomes possible. Note that programming can also be performed by performing additional ion implantation to the gate electrodes of memory cell transistors other than the specific memory cell transistor M 22 . Further, the type of the impurity for performing the additional ion implantation is not particularly limited as long as it is opposite to the polarity of the impurity initially contained in the gate electrode.

【0049】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変するこ
とができる。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be variously modified within the scope of the present invention.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
第1のメモリセルトランジスタでは、ゲート電極の空乏
効果を利用することにより、メモリーセルのサイズを大
きくすることなく、メモリセルトランジスタのしきい値
電圧Vthを制御することが可能になる。
As described above, in the first memory cell transistor according to the present invention, by utilizing the depletion effect of the gate electrode, the memory cell transistor can be formed without increasing the size of the memory cell. It becomes possible to control the threshold voltage V th .

【0051】また、本発明に係る第2のマスクROMで
は、ここのメモリセルトランジスタのゲート電極中の不
純物の極性を制御することにより、メモリーセルのサイ
ズを大きくすることなく、メモリセルトランジスタのし
きい値電圧Vthを制御することが可能になる。
Further, in the second mask ROM according to the present invention, the polarity of the impurities in the gate electrode of the memory cell transistor here is controlled, so that the memory cell transistor can be formed without increasing the size of the memory cell transistor. It becomes possible to control the threshold voltage V th .

【0052】また、本発明の第1の観点および第2の観
点に係るマスクROM装置の製造方法では、プログラム
工程は、ゲート電極の形成後、ゲート電極中へ不純物を
イオン中に有することにより行うため、プロセスの後工
程で行うことが可能であり、よってTATの短縮化が可
能となる。
In the method of manufacturing the mask ROM device according to the first and second aspects of the present invention, the program step is performed by forming impurities in the ions in the gate electrode after forming the gate electrode. Therefore, it can be performed in a later step of the process, and thus TAT can be shortened.

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

【図1】図1は本発明の実施例に係るマスクROM装置
のメモリセルアレイを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a memory cell array of a mask ROM device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図2はゲート電極中のN型不純物濃度とゲート
絶縁膜の実質的膜厚との関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an N-type impurity concentration in a gate electrode and a substantial film thickness of a gate insulating film.

【図3】図3は図1に示すメモリセルアレイのパターン
レイアウトを示す平面図である。
3 is a plan view showing a pattern layout of the memory cell array shown in FIG.

【図4】図4は図3に示すIV−IV線に沿う要部断面図で
ある。
FIG. 4 is a cross-sectional view of main parts taken along the line IV-IV shown in FIG.

【図5】図5(A)〜(E)は図4と同じ断面側から見
たプログラム工程であるコンタクトホール形成工程を示
す要部断面図である。
5A to 5E are main-portion cross-sectional views showing a contact hole forming step which is a programming step as viewed from the same cross-sectional side as FIG.

【図6】図6はコンタクトホール方式でプログラムされ
るマスクROM装置のメモリセルアレイを示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a memory cell array of a mask ROM device programmed by a contact hole method.

【図7】図7は図6に示すメモリセルアレイのパターン
レイアウトを示す平面図である。
7 is a plan view showing a pattern layout of the memory cell array shown in FIG.

【図8】図8は図7に示すVII−VII線に沿う要部断面図
である。
8 is a cross-sectional view of a main part taken along the line VII-VII shown in FIG.

【図9】図9は図8と同じ断面側から見たプログラム工
程であるコンタクトホール形成工程を示す要部断面図で
ある。
9 is a main-portion cross-sectional view showing a contact hole forming step which is a programming step viewed from the same cross-sectional side as FIG.

【図10】図10はイオン注入方式でプログラムされる
マスクROM装置のメモリセルアレイを示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a memory cell array of a mask ROM device programmed by an ion implantation method.

【図11】図11は図10に示すメモリセルアレイのパ
ターンレイアウトを示す平面図である。
11 is a plan view showing a pattern layout of the memory cell array shown in FIG.

【図12】図12は図10に示すXII−XII線に沿う要部
断面図である。
12 is a cross-sectional view of essential parts taken along line XII-XII shown in FIG.

【図13】図13は図12と同じ断面側から見たプログ
ラム工程であるイオン注入工程を示す要部断面図であ
る。
13 is a fragmentary cross-sectional view showing an ion implantation step, which is a programming step, viewed from the same section side as FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

30… 半導体基板 32… LOCOS 34… ゲート絶縁膜 36,36a… ゲート電極 38… 層間絶縁膜 40… 配線層 M11〜Mmn… メモリセルトランジスタ B1 〜Bn … ビット線 W1 〜Wm … ワード線30 ... semiconductor substrate 32 ... LOCOS 34 ... gate insulating film 36, 36a ... gate electrode 38 ... interlayer insulation film 40 ... wiring layer M 11 ~M mn ... memory cell transistor B 1 .about.B n ... bit lines W 1 to W-m ... Word line

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/265 21/76 H01L 21/265 W 21/76 M Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI Technical display location H01L 21/265 21/76 H01L 21/265 W 21/76 M

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ゲート電極を有するメモリセルトランジ
スタがマトリックス状に配置されたマスクROM装置で
あって、 プログラムすべき特定のメモリセルトランジスタのゲー
ト電極中の不純物濃度が、プログラムされない他のメモ
リセルトランジスタのゲート電極中の不純物濃度に比較
して、相違させてあるマスクROM装置。
1. A mask ROM device in which memory cell transistors having gate electrodes are arranged in a matrix, and the impurity concentration in the gate electrode of a specific memory cell transistor to be programmed is not programmed. The mask ROM device is different from the impurity concentration in the gate electrode of the above.
【請求項2】 前記プログラムすべき特定のメモリセル
トランジスタのゲート電極の不純物濃度と、前記プログ
ラムされない他のメモリセルトランジスタのゲート電極
中の不純物濃度とのいずれか一方が、1×1018cm-3
以下であり、いずれか他方が、1×1019cm-3以上で
ある請求項1に記載のマスクROM装置。
2. One of the impurity concentration of the gate electrode of the specific memory cell transistor to be programmed and the impurity concentration of the gate electrode of the other memory cell transistor which is not programmed is 1 × 10 18 cm −. 3
Hereinafter, and the other one is, 1 × 10 19 cm - 3 or more in the mask ROM according to claim 1.
【請求項3】 前記プログラムすべき特定のメモリセル
トランジスタのゲート電極の不純物と、前記プログラム
されない他のメモリセルトランジスタのゲート電極中の
不純物とは、同一極性である請求項1または2に記載の
マスクROM装置。
3. The impurity of the gate electrode of the specific memory cell transistor to be programmed and the impurity in the gate electrode of the other memory cell transistor which is not programmed have the same polarity. Mask ROM device.
【請求項4】 半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成
する工程と、 前記ゲート絶縁膜の上に、比較的低濃度の不純物がドー
プされたゲート電極を形成する工程と、 ゲート電極の上に、層間絶縁膜を形成する工程と、 プログラム仕様が決定された後に、特定のメモリセルト
ランジスタのゲート電極に対して、ゲート電極に含まれ
る不純物と同じ極性の不純物を用いて追加のイオン注入
を行い、特定のメモリセルトランジスタのゲート電極中
に含まれる不純物の濃度を、他のメモリセルトランジス
タのゲート電極中に含まれる不純物の濃度に対して高く
設定する工程とを有するマスクROM装置の製造方法。
4. A step of forming a gate insulating film on the surface of a semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode doped with a relatively low concentration of impurities on the gate insulating film, and a step of forming a gate electrode on the gate electrode. After the step of forming the interlayer insulating film and the program specifications are determined, additional ion implantation is performed on the gate electrode of the specific memory cell transistor by using an impurity having the same polarity as the impurity contained in the gate electrode. A step of setting the concentration of impurities contained in the gate electrode of a specific memory cell transistor higher than the concentration of impurities contained in the gate electrode of another memory cell transistor.
【請求項5】 前記層間絶縁膜を形成する前に、メモリ
セルトランジスタの周辺回路領域に、前記ゲート電極に
含まれる不純物と同一極性の不純物が含まれる絶縁膜を
成膜し、その後熱処理することで、周辺回路のゲート電
極に含まれる不純物の濃度を高く設定する請求項4に記
載のマスクROM装置の製造方法。
5. An insulating film containing impurities of the same polarity as the impurities contained in the gate electrode is formed in the peripheral circuit region of the memory cell transistor before forming the interlayer insulating film, and then heat treatment is performed. 5. The method for manufacturing a mask ROM device according to claim 4, wherein the concentration of impurities contained in the gate electrode of the peripheral circuit is set high.
【請求項6】 ゲート電極を有するメモリセルトランジ
スタがマトリックス状に配置されたマスクROM装置で
あって、 プログラムすべき特定のメモリセルトランジスタのゲー
ト電極中の不純物の極性が、プログラムされない他のメ
モリセルトランジスタのゲート電極中の不純物の極性に
比較して、相違させてあるマスクROM装置。
6. A mask ROM device in which memory cell transistors having gate electrodes are arranged in a matrix, and the polarity of impurities in a gate electrode of a specific memory cell transistor to be programmed is not programmed. A mask ROM device in which the polarities of impurities in the gate electrode of a transistor are different from each other.
【請求項7】 半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成
する工程と、 前記ゲート絶縁膜の上に、比較的低濃度の第1不純物が
ドープされたゲート電極を形成する工程と、 ゲート電極の上に、層間絶縁膜を形成する工程と、 プログラム仕様が決定された後に、特定のメモリセルト
ランジスタのゲート電極に対して、ゲート電極に含まれ
る第1不純物と反対の極性の第2の不純物を用い、前記
第1不純物の濃度よりも高濃度となるように、追加のイ
オン注入を行い、特定のメモリセルトランジスタのゲー
ト電極中に含まれる不純物の極性を、他のメモリセルト
ランジスタのゲート電極中に含まれる不純物の極性と異
ならせる工程とを有するマスクROM装置の製造方法。
7. A step of forming a gate insulating film on a surface of a semiconductor substrate; a step of forming a gate electrode doped with a relatively low concentration of a first impurity on the gate insulating film; After the step of forming the interlayer insulating film and the program specifications are determined, a second impurity having a polarity opposite to the first impurity contained in the gate electrode is applied to the gate electrode of the specific memory cell transistor. By using additional ion implantation so that the concentration is higher than the concentration of the first impurity, the polarity of the impurity contained in the gate electrode of a specific memory cell transistor is changed to that in the gate electrode of another memory cell transistor. A method of manufacturing a mask ROM device, the method including the step of changing the polarity of impurities contained in the mask ROM device.
【請求項8】 前記層間絶縁膜を形成する前に、メモリ
セルトランジスタの周辺回路領域に、前記ゲート電極に
含まれる第1不純物と同一極性の不純物が含まれる絶縁
膜を成膜し、その後熱処理することで、周辺回路のゲー
ト電極に含まれる不純物の濃度を高く設定する請求項7
に記載のマスクROM装置の製造方法。
8. An insulating film containing an impurity having the same polarity as the first impurity contained in the gate electrode is formed in the peripheral circuit region of the memory cell transistor before forming the interlayer insulating film, and then heat treatment is performed. By this, the concentration of impurities contained in the gate electrode of the peripheral circuit is set high.
A method for manufacturing the mask ROM device according to 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012146957A (en) * 2010-12-21 2012-08-02 Seiko Instruments Inc Semiconductor nonvolatile memory device

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