JPH10341000A - 半導体不揮発性記憶装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体不揮発性記憶装置およびその製造方法Info
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- JPH10341000A JPH10341000A JP9292711A JP29271197A JPH10341000A JP H10341000 A JPH10341000 A JP H10341000A JP 9292711 A JP9292711 A JP 9292711A JP 29271197 A JP29271197 A JP 29271197A JP H10341000 A JPH10341000 A JP H10341000A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 データの書き込み電圧が低く高集積化が可能
で、データの誤読み出しが起こりにくくなり高信頼性化
が可能な半導体不揮発性記憶装置の構造と、この構造を
形成するための製造方法とを提供する。 【解決手段】 半導体基板1上に設ける絶縁膜2と、こ
の絶縁膜2上に設ける単結晶半導体薄膜からなる第1の
電極3と、第1の電極3上に設けるメモリ絶縁膜4と、
メモリ絶縁膜4上に設ける第2の電極5と、第1の電極
3と第2の電極5とにそれぞれ接続する金属配線6とを
備える半導体不揮発性記憶装置およびその製造方法。
で、データの誤読み出しが起こりにくくなり高信頼性化
が可能な半導体不揮発性記憶装置の構造と、この構造を
形成するための製造方法とを提供する。 【解決手段】 半導体基板1上に設ける絶縁膜2と、こ
の絶縁膜2上に設ける単結晶半導体薄膜からなる第1の
電極3と、第1の電極3上に設けるメモリ絶縁膜4と、
メモリ絶縁膜4上に設ける第2の電極5と、第1の電極
3と第2の電極5とにそれぞれ接続する金属配線6とを
備える半導体不揮発性記憶装置およびその製造方法。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、一度だけ書き込
み可能な読み出し専用の半導体不揮発性記憶装置の構造
およびその製造方法に関するものである。
み可能な読み出し専用の半導体不揮発性記憶装置の構造
およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路においては、一度だけ書
き込み可能な読み出し専用の半導体不揮発性記憶装置を
用いて、トランジスタのしきい値電圧の製造バラツキの
補正や動作条件の変更の記憶などを行うことにより、歩
留まりの向上と性能の安定化とが行われている。
き込み可能な読み出し専用の半導体不揮発性記憶装置を
用いて、トランジスタのしきい値電圧の製造バラツキの
補正や動作条件の変更の記憶などを行うことにより、歩
留まりの向上と性能の安定化とが行われている。
【0003】一度だけ書き込み可能な読み出し専用の半
導体不揮発性記憶装置としては、従来から、レーザーヒ
ューズ溶断型や、電気ヒューズ溶断型や、絶縁破壊型な
どの各PROM(Programmable−Read
−Only−Memory)が知られている。
導体不揮発性記憶装置としては、従来から、レーザーヒ
ューズ溶断型や、電気ヒューズ溶断型や、絶縁破壊型な
どの各PROM(Programmable−Read
−Only−Memory)が知られている。
【0004】レーザーヒューズ溶断型PROMは、レー
ザーにより配線金属からなるヒューズを溶断することに
より、データの書き込みを行う。このレーザーヒューズ
溶断型PROMは、レーザー発生のための専用装置が必
要であること、ヒューズ上の表面保護膜を開口しレーザ
ーの入射窓を形成する工程が必要であること、実装後に
情報の書き込みを行うためには実装形態が限定されるこ
となどの欠点がある。
ザーにより配線金属からなるヒューズを溶断することに
より、データの書き込みを行う。このレーザーヒューズ
溶断型PROMは、レーザー発生のための専用装置が必
要であること、ヒューズ上の表面保護膜を開口しレーザ
ーの入射窓を形成する工程が必要であること、実装後に
情報の書き込みを行うためには実装形態が限定されるこ
となどの欠点がある。
【0005】電気ヒューズ型PROMは、ヒューズとな
る多結晶シリコン膜に電流を流すことにより、データの
書き込みを行う。この電気ヒューズ型PROMは、多結
晶シリコンを物理的に破壊するために、多結晶シリコン
膜のクズが発生することと、表面保護膜が劣化すること
とが起こり信頼性が低下する欠点がある。
る多結晶シリコン膜に電流を流すことにより、データの
書き込みを行う。この電気ヒューズ型PROMは、多結
晶シリコンを物理的に破壊するために、多結晶シリコン
膜のクズが発生することと、表面保護膜が劣化すること
とが起こり信頼性が低下する欠点がある。
【0006】そこで、レーザーヒューズ溶断型PROM
や電気ヒューズ溶断型PROMで発生する問題を解決す
る手段として、絶縁破壊型PROMが知られている。
や電気ヒューズ溶断型PROMで発生する問題を解決す
る手段として、絶縁破壊型PROMが知られている。
【0007】従来技術の半導体不揮発性記憶装置の構造
を、図2を用いて説明する。図2は従来技術における絶
縁破壊型PROMの構造を示す断面図である。
を、図2を用いて説明する。図2は従来技術における絶
縁破壊型PROMの構造を示す断面図である。
【0008】図2に示すように、従来技術の絶縁破壊型
PROMは、半導体基板1上にシリコン酸化膜からなる
絶縁膜2と、絶縁膜2上に形成する第1の多結晶シリコ
ン電極8と、この第1の多結晶シリコン電極8を熱酸化
して形成するシリコン酸化膜からなるメモリ絶縁膜4
と、メモリ絶縁膜4上に形成する第2の多結晶シリコン
電極9と、第1の多結晶シリコン電極8と第2の多結晶
シリコン電極9とにそれぞれ接続する金属配線6とから
なる構造を有する。なお、第1の多結晶シリコン電極8
に接続する金属配線6は図示していない。
PROMは、半導体基板1上にシリコン酸化膜からなる
絶縁膜2と、絶縁膜2上に形成する第1の多結晶シリコ
ン電極8と、この第1の多結晶シリコン電極8を熱酸化
して形成するシリコン酸化膜からなるメモリ絶縁膜4
と、メモリ絶縁膜4上に形成する第2の多結晶シリコン
電極9と、第1の多結晶シリコン電極8と第2の多結晶
シリコン電極9とにそれぞれ接続する金属配線6とから
なる構造を有する。なお、第1の多結晶シリコン電極8
に接続する金属配線6は図示していない。
【0009】この絶縁破壊型PROMのデータの書き込
みは、第1の多結晶シリコン電極8を接地電位とし、第
2の多結晶シリコン電極9にメモリ絶縁膜4の絶縁耐圧
以上の書き込み電圧を印加し、メモリ絶縁膜4を破壊す
ることにより、第1の多結晶シリコン電極8と第2の多
結晶シリコン電極9とを導通状態になるようにして行な
う。
みは、第1の多結晶シリコン電極8を接地電位とし、第
2の多結晶シリコン電極9にメモリ絶縁膜4の絶縁耐圧
以上の書き込み電圧を印加し、メモリ絶縁膜4を破壊す
ることにより、第1の多結晶シリコン電極8と第2の多
結晶シリコン電極9とを導通状態になるようにして行な
う。
【0010】この絶縁破壊型PROMのデータの読み出
しは、第1の多結晶シリコン電極8を接地電位とし、第
2の多結晶シリコン電極9に読み出し電圧を印加して、
第1の多結晶シリコン電極8と第2の多結晶シリコン電
極9との間に一定の電流(以下、センス電流と記載す
る)が流れるか、流れないかにより、データの書き込み
状態と非書き込み状態とを判別することにより行う。
しは、第1の多結晶シリコン電極8を接地電位とし、第
2の多結晶シリコン電極9に読み出し電圧を印加して、
第1の多結晶シリコン電極8と第2の多結晶シリコン電
極9との間に一定の電流(以下、センス電流と記載す
る)が流れるか、流れないかにより、データの書き込み
状態と非書き込み状態とを判別することにより行う。
【0011】データの書き込み状態は、メモリ絶縁膜4
が破壊しているため第1の多結晶シリコン電極8と第2
の多結晶シリコン電極9とは導通状態であり、データの
非書き込み状態は、メモリ絶縁膜4が破壊していないた
め第1の多結晶シリコン電極8と第2の多結晶シリコン
電極9とは非導通状態である。
が破壊しているため第1の多結晶シリコン電極8と第2
の多結晶シリコン電極9とは導通状態であり、データの
非書き込み状態は、メモリ絶縁膜4が破壊していないた
め第1の多結晶シリコン電極8と第2の多結晶シリコン
電極9とは非導通状態である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の絶縁破壊型
PROMは、第1の多結晶シリコン電極8の熱酸化によ
り、シリコン酸化膜からなるメモリ絶縁膜4を形成する
ため、メモリ絶縁膜4の厚さを厚くする必要がある。
PROMは、第1の多結晶シリコン電極8の熱酸化によ
り、シリコン酸化膜からなるメモリ絶縁膜4を形成する
ため、メモリ絶縁膜4の厚さを厚くする必要がある。
【0013】すなわち、第1の多結晶シリコン電極8の
表面は多結晶シリコン膜のグレインに基づき凸凹がある
ため、この第1の多結晶シリコン電極8を熱酸化して形
成するシリコン酸化膜は、ピンホールが発生しやすい。
メモリ絶縁膜4であるシリコン酸化膜にピンホールが発
生していると、データの非書き込み状態でも、第1の多
結晶シリコン電極8と第2の多結晶シリコン電極9とは
導通状態となる。このため、ピンホール発生を防止する
ようにメモリ絶縁膜4の厚さは厚くする必要がある。
表面は多結晶シリコン膜のグレインに基づき凸凹がある
ため、この第1の多結晶シリコン電極8を熱酸化して形
成するシリコン酸化膜は、ピンホールが発生しやすい。
メモリ絶縁膜4であるシリコン酸化膜にピンホールが発
生していると、データの非書き込み状態でも、第1の多
結晶シリコン電極8と第2の多結晶シリコン電極9とは
導通状態となる。このため、ピンホール発生を防止する
ようにメモリ絶縁膜4の厚さは厚くする必要がある。
【0014】しかしながら、メモリ絶縁膜4の厚さを厚
くするとメモリ絶縁膜4の絶縁耐圧が高くなるため、絶
縁破壊型PROMのデータの書き込み電圧は高くなる。
くするとメモリ絶縁膜4の絶縁耐圧が高くなるため、絶
縁破壊型PROMのデータの書き込み電圧は高くなる。
【0015】そして絶縁破壊型PROMのデータの書き
込み電圧が高くなると、絶縁破壊型PROMを制御する
周辺素子を高耐圧の構造にする必要がある。このため、
従来技術の絶縁破壊型PROMを搭載する半導体装置
は、製造工程が複雑になり、かつ微細化できずに集積度
が低下する問題がある。
込み電圧が高くなると、絶縁破壊型PROMを制御する
周辺素子を高耐圧の構造にする必要がある。このため、
従来技術の絶縁破壊型PROMを搭載する半導体装置
は、製造工程が複雑になり、かつ微細化できずに集積度
が低下する問題がある。
【0016】さらに、第1の多結晶シリコン電極8の表
面は多結晶シリコン膜のグレインに基づき凸凹があるた
め、この第1の多結晶シリコン電極8を熱酸化して形成
するシリコン酸化膜の厚さは均一にならない。データの
書き込みにより、シリコン酸化膜は、厚さが薄い領域か
ら集中して絶縁破壊が起こるため、第1の多結晶シリコ
ン電極8と第2の多結晶シリコン電極9との間の全ての
領域で絶縁破壊が起こらない。
面は多結晶シリコン膜のグレインに基づき凸凹があるた
め、この第1の多結晶シリコン電極8を熱酸化して形成
するシリコン酸化膜の厚さは均一にならない。データの
書き込みにより、シリコン酸化膜は、厚さが薄い領域か
ら集中して絶縁破壊が起こるため、第1の多結晶シリコ
ン電極8と第2の多結晶シリコン電極9との間の全ての
領域で絶縁破壊が起こらない。
【0017】したがって、従来技術の絶縁破壊型PRO
Mは、データの書き込み後の第1の多結晶シリコン電極
8と第2の多結晶シリコン電極9との間の抵抗値のバラ
ツキが大きくなる。データの書き込み後の第1の多結晶
シリコン電極8と第2の多結晶シリコン電極9との間の
抵抗値のバラツキが大きくなると、データの書き込み状
態の読み出し電流のバラツキが大きくなるため、センス
電流は小さい値に設定する必要がある。
Mは、データの書き込み後の第1の多結晶シリコン電極
8と第2の多結晶シリコン電極9との間の抵抗値のバラ
ツキが大きくなる。データの書き込み後の第1の多結晶
シリコン電極8と第2の多結晶シリコン電極9との間の
抵抗値のバラツキが大きくなると、データの書き込み状
態の読み出し電流のバラツキが大きくなるため、センス
電流は小さい値に設定する必要がある。
【0018】センス電流を小さい値に設定すると、ノイ
ズにより、データの非書き込み状態を書き込み状態と判
定しやすくなるため、従来技術の絶縁破壊型PROM
は、データの誤読み出しが起こりやすく信頼性が低下す
る問題がある。
ズにより、データの非書き込み状態を書き込み状態と判
定しやすくなるため、従来技術の絶縁破壊型PROM
は、データの誤読み出しが起こりやすく信頼性が低下す
る問題がある。
【0019】以上のことから、従来技術の半導体不揮発
性記憶装置は、データの書き込み電圧が高く周辺素子の
高耐圧化が必要なため高集積化できない欠点と、データ
の誤読み出しが起こりやすく信頼性が低下する欠点とが
ある。
性記憶装置は、データの書き込み電圧が高く周辺素子の
高耐圧化が必要なため高集積化できない欠点と、データ
の誤読み出しが起こりやすく信頼性が低下する欠点とが
ある。
【0020】[発明の目的]この発明の目的は、かかる
課題を除去し、データの書き込み電圧が低く、かつ高信
頼性を有する半導体不揮発性記憶装置およびその製造方
法を提供するものである。
課題を除去し、データの書き込み電圧が低く、かつ高信
頼性を有する半導体不揮発性記憶装置およびその製造方
法を提供するものである。
【0021】
【課題を解決するための手段】この発明では、上記の目
的を達成するために、つぎに記載するような半導体不揮
発性記憶装置の構造およびその製造方法を採用する。
的を達成するために、つぎに記載するような半導体不揮
発性記憶装置の構造およびその製造方法を採用する。
【0022】この発明の半導体不揮発性記憶装置は、半
導体基板上に設ける絶縁膜と、この絶縁膜上に設ける第
1の電極と、この第1の電極上に設けるメモリ絶縁膜
と、このメモリ絶縁膜上に設ける第2の電極と、第1の
電極と第2の電極とにそれぞれ接続する金属配線とを備
え、第1の電極は単結晶半導体薄膜であることを特徴と
する。
導体基板上に設ける絶縁膜と、この絶縁膜上に設ける第
1の電極と、この第1の電極上に設けるメモリ絶縁膜
と、このメモリ絶縁膜上に設ける第2の電極と、第1の
電極と第2の電極とにそれぞれ接続する金属配線とを備
え、第1の電極は単結晶半導体薄膜であることを特徴と
する。
【0023】この発明の半導体不揮発性記憶装置は、半
導体基板上に設ける絶縁膜と、この絶縁膜上に島状に分
離して設け、単結晶半導体薄膜からなる第1の電極と、
この第1の電極上に設けるメモリ絶縁膜と、このメモリ
絶縁膜上に設ける第2の電極と、第1の電極と第2の電
極とにそれぞれ接続する金属配線とを備え、第2の電極
は第1の電極上面に設けるメモリ絶縁膜のみに接する領
域を有することを特徴とする。
導体基板上に設ける絶縁膜と、この絶縁膜上に島状に分
離して設け、単結晶半導体薄膜からなる第1の電極と、
この第1の電極上に設けるメモリ絶縁膜と、このメモリ
絶縁膜上に設ける第2の電極と、第1の電極と第2の電
極とにそれぞれ接続する金属配線とを備え、第2の電極
は第1の電極上面に設けるメモリ絶縁膜のみに接する領
域を有することを特徴とする。
【0024】この発明の半導体不揮発性記憶装置は、半
導体基板上に設ける絶縁膜と、この絶縁膜上の島状に分
離した単結晶半導体薄膜に設ける第1の高濃度不純物層
とチャネル領域とチャネル領域により第1の高濃度不純
物層から離間して設ける第2の高濃度不純物層と、第1
の高濃度不純物層の上面の一部に設けるメモリ絶縁膜
と、このメモリ絶縁膜上に設けるメモリ電極と、チャネ
ル領域上に設けるゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上
に設けるアドレス電極と、メモリ電極とアドレス電極と
第2の高濃度不純物層とにそれぞれ接続する金属配線と
を備えることを特徴とする。
導体基板上に設ける絶縁膜と、この絶縁膜上の島状に分
離した単結晶半導体薄膜に設ける第1の高濃度不純物層
とチャネル領域とチャネル領域により第1の高濃度不純
物層から離間して設ける第2の高濃度不純物層と、第1
の高濃度不純物層の上面の一部に設けるメモリ絶縁膜
と、このメモリ絶縁膜上に設けるメモリ電極と、チャネ
ル領域上に設けるゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上
に設けるアドレス電極と、メモリ電極とアドレス電極と
第2の高濃度不純物層とにそれぞれ接続する金属配線と
を備えることを特徴とする。
【0025】この発明の半導体不揮発性記憶装置は、半
導体基板上に設ける絶縁膜と、この絶縁膜上の島状に分
離した単結晶半導体薄膜に設ける第1の高濃度不純物層
とチャネル領域とチャネル領域により第1の高濃度不純
物層から離間して設ける第2の高濃度不純物層と、第1
の高濃度不純物層の上面の一部に設けるメモリ絶縁膜
と、このメモリ絶縁膜上に設けるメモリ電極と、チャネ
ル領域上に設けるゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上
に設けるアドレス電極と、メモリ電極とアドレス電極と
第2の高濃度不純物層とにそれぞれ接続する金属配線と
を備え、メモリ電極は電極間絶縁膜を介してアドレス電
極と一部重なるごとく設けることを特徴とする。
導体基板上に設ける絶縁膜と、この絶縁膜上の島状に分
離した単結晶半導体薄膜に設ける第1の高濃度不純物層
とチャネル領域とチャネル領域により第1の高濃度不純
物層から離間して設ける第2の高濃度不純物層と、第1
の高濃度不純物層の上面の一部に設けるメモリ絶縁膜
と、このメモリ絶縁膜上に設けるメモリ電極と、チャネ
ル領域上に設けるゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上
に設けるアドレス電極と、メモリ電極とアドレス電極と
第2の高濃度不純物層とにそれぞれ接続する金属配線と
を備え、メモリ電極は電極間絶縁膜を介してアドレス電
極と一部重なるごとく設けることを特徴とする。
【0026】この発明の半導体不揮発性記憶装置の製造
方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、この
絶縁膜上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、この非
晶質半導体薄膜を単結晶半導体薄膜へ変換する工程と、
この単結晶半導体薄膜をホトエッチング処理し第1の電
極を形成する工程と、この第1の電極上にメモリ絶縁膜
を形成する工程と、このメモリ絶縁膜上に導電性材料を
形成し、さらにホトエッチング処理により第2の電極を
形成する工程と、第1の電極と第2の電極とにそれぞれ
接続する金属配線を形成する工程とを備えることを特徴
とする。
方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、この
絶縁膜上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、この非
晶質半導体薄膜を単結晶半導体薄膜へ変換する工程と、
この単結晶半導体薄膜をホトエッチング処理し第1の電
極を形成する工程と、この第1の電極上にメモリ絶縁膜
を形成する工程と、このメモリ絶縁膜上に導電性材料を
形成し、さらにホトエッチング処理により第2の電極を
形成する工程と、第1の電極と第2の電極とにそれぞれ
接続する金属配線を形成する工程とを備えることを特徴
とする。
【0027】この発明の半導体不揮発性記憶装置の製造
方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、この
絶縁膜上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、この非
晶質半導体薄膜を単結晶半導体薄膜へ変換する工程と、
この単結晶半導体薄膜をホトエッチング処理し島状の第
1の電極を形成する工程と、この第1の電極上にメモリ
絶縁膜を形成する工程と、このメモリ絶縁膜上に導電性
材料を形成し、さらにホトエッチング処理により第1の
電極上面のメモリ絶縁膜のみに接する領域を有するよう
に第2の電極を形成する工程と、第1の電極と第2の電
極とにそれぞれ接続する金属配線を形成する工程とを備
えることを特徴とする。
方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、この
絶縁膜上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、この非
晶質半導体薄膜を単結晶半導体薄膜へ変換する工程と、
この単結晶半導体薄膜をホトエッチング処理し島状の第
1の電極を形成する工程と、この第1の電極上にメモリ
絶縁膜を形成する工程と、このメモリ絶縁膜上に導電性
材料を形成し、さらにホトエッチング処理により第1の
電極上面のメモリ絶縁膜のみに接する領域を有するよう
に第2の電極を形成する工程と、第1の電極と第2の電
極とにそれぞれ接続する金属配線を形成する工程とを備
えることを特徴とする。
【0028】この発明の半導体不揮発性記憶装置の製造
方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、この
絶縁膜上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、この非
晶質半導体薄膜を単結晶半導体薄膜へ変換する工程と、
この単結晶半導体薄膜上にゲート絶縁膜を形成する工程
と、このゲート絶縁膜上に導電性材料を形成し、さらに
ホトエッチング処理によりアドレス電極を形成する工程
と、このアドレス電極をマスクとして単結晶半導体薄膜
に不純物を注入し、第1の高濃度不純物層と第2の高濃
度不純物層とを形成する工程と、第1の高濃度不純物層
上にメモリ絶縁膜を形成する工程と、このメモリ絶縁膜
上に導電性材料を形成し、さらにホトエッチング処理に
よりメモリ電極を形成する工程と、メモリ電極とアドレ
ス電極と第2の高濃度不純物層とにそれぞれ接続する金
属配線を形成する工程とを有することを特徴とする。
方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、この
絶縁膜上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、この非
晶質半導体薄膜を単結晶半導体薄膜へ変換する工程と、
この単結晶半導体薄膜上にゲート絶縁膜を形成する工程
と、このゲート絶縁膜上に導電性材料を形成し、さらに
ホトエッチング処理によりアドレス電極を形成する工程
と、このアドレス電極をマスクとして単結晶半導体薄膜
に不純物を注入し、第1の高濃度不純物層と第2の高濃
度不純物層とを形成する工程と、第1の高濃度不純物層
上にメモリ絶縁膜を形成する工程と、このメモリ絶縁膜
上に導電性材料を形成し、さらにホトエッチング処理に
よりメモリ電極を形成する工程と、メモリ電極とアドレ
ス電極と第2の高濃度不純物層とにそれぞれ接続する金
属配線を形成する工程とを有することを特徴とする。
【0029】この発明の半導体不揮発性記憶装置の製造
方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、この
絶縁膜上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、この非
晶質半導体薄膜を単結晶半導体薄膜へ変換する工程と、
この単結晶半導体薄膜をホトエッチング処理し島状に加
工する工程と、島状の単結晶半導体薄膜上にゲート絶縁
膜を形成する工程と、このゲート絶縁膜上に導電性材料
を形成し、さらにホトエッチング処理によりアドレス電
極を形成する工程と、このアドレス電極をマスクとして
単結晶半導体薄膜に不純物を注入し、第1の高濃度不純
物層と第2の高濃度不純物層とを形成する工程と、第1
の高濃度不純物層上にメモリ絶縁膜を形成する工程と、
このメモリ絶縁膜上に導電性材料を形成し、さらにホト
エッチング処理により第1の高濃度不純物層の上面の一
部のメモリ絶縁膜のみに接する領域を有するようにメモ
リ電極を形成する工程と、メモリ電極とアドレス電極と
第2の高濃度不純物層とにそれぞれ接続する金属配線を
形成する工程とを有することを特徴とする。
方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、この
絶縁膜上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、この非
晶質半導体薄膜を単結晶半導体薄膜へ変換する工程と、
この単結晶半導体薄膜をホトエッチング処理し島状に加
工する工程と、島状の単結晶半導体薄膜上にゲート絶縁
膜を形成する工程と、このゲート絶縁膜上に導電性材料
を形成し、さらにホトエッチング処理によりアドレス電
極を形成する工程と、このアドレス電極をマスクとして
単結晶半導体薄膜に不純物を注入し、第1の高濃度不純
物層と第2の高濃度不純物層とを形成する工程と、第1
の高濃度不純物層上にメモリ絶縁膜を形成する工程と、
このメモリ絶縁膜上に導電性材料を形成し、さらにホト
エッチング処理により第1の高濃度不純物層の上面の一
部のメモリ絶縁膜のみに接する領域を有するようにメモ
リ電極を形成する工程と、メモリ電極とアドレス電極と
第2の高濃度不純物層とにそれぞれ接続する金属配線を
形成する工程とを有することを特徴とする。
【0030】[作用]この発明における半導体不揮発性
記憶装置は、半導体基板上の絶縁膜上に設ける第1の電
極と、この第1の電極上に設けるメモリ絶縁膜と、この
メモリ絶縁膜上に設ける第2の電極と、第1の電極と第
2の電極とにそれぞれ接続する金属配線とを備え、第1
の電極は単結晶半導体薄膜である。このことにより、メ
モリ絶縁膜のピンホールの発生が抑制されメモリ絶縁膜
の厚さを薄くできるため、データの書き込み電圧を低く
できるようにしている。さらに、メモリ絶縁膜の厚さの
均一性が良くなりデータの書き込み状態の読み出し電流
のバラツキを小さくできるため、データの誤読み出しが
なくなり高信頼性になるようにしている。
記憶装置は、半導体基板上の絶縁膜上に設ける第1の電
極と、この第1の電極上に設けるメモリ絶縁膜と、この
メモリ絶縁膜上に設ける第2の電極と、第1の電極と第
2の電極とにそれぞれ接続する金属配線とを備え、第1
の電極は単結晶半導体薄膜である。このことにより、メ
モリ絶縁膜のピンホールの発生が抑制されメモリ絶縁膜
の厚さを薄くできるため、データの書き込み電圧を低く
できるようにしている。さらに、メモリ絶縁膜の厚さの
均一性が良くなりデータの書き込み状態の読み出し電流
のバラツキを小さくできるため、データの誤読み出しが
なくなり高信頼性になるようにしている。
【0031】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて、この発明を実
施するための最適な実施の形態における半導体不揮発性
記憶装置の構造およびその製造方法を説明する。
施するための最適な実施の形態における半導体不揮発性
記憶装置の構造およびその製造方法を説明する。
【0032】[第1の実施形態の半導体不揮発性記憶装
置の構造:図1]図1はこの発明の第1の実施の形態に
おける半導体不揮発性記憶装置の構造を示す断面図であ
る。まず、この図1を用いて、この発明の半導体不揮発
性記憶装置の構造を説明する。
置の構造:図1]図1はこの発明の第1の実施の形態に
おける半導体不揮発性記憶装置の構造を示す断面図であ
る。まず、この図1を用いて、この発明の半導体不揮発
性記憶装置の構造を説明する。
【0033】図1に示すように、この発明の半導体不揮
発性記憶装置は、半導体基板1上の絶縁膜2と、絶縁膜
2上の単結晶シリコン膜からなる第1の電極3と、この
単結晶シリコン膜を熱酸化して形成するシリコン酸化膜
からなるメモリ絶縁膜4と、メモリ絶縁膜4上に形成す
る多結晶シリコン膜からなる第2の電極5と、リンを含
むシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜7と、第1の電極
3と第2の電極5とにそれぞれ接続する金属配線6とか
らなる構造とする。
発性記憶装置は、半導体基板1上の絶縁膜2と、絶縁膜
2上の単結晶シリコン膜からなる第1の電極3と、この
単結晶シリコン膜を熱酸化して形成するシリコン酸化膜
からなるメモリ絶縁膜4と、メモリ絶縁膜4上に形成す
る多結晶シリコン膜からなる第2の電極5と、リンを含
むシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜7と、第1の電極
3と第2の電極5とにそれぞれ接続する金属配線6とか
らなる構造とする。
【0034】半導体基板1は単結晶シリコン基板を用
い、絶縁膜2は単結晶シリコン基板を熱酸化して形成す
るシリコン酸化膜を用いる。
い、絶縁膜2は単結晶シリコン基板を熱酸化して形成す
るシリコン酸化膜を用いる。
【0035】この発明の半導体不揮発性記憶装置のデー
タの書き込みは、第1の電極3を接地電位とし、第2の
電極5にメモリ絶縁膜4の絶縁耐圧以上のデータの書き
込み電圧を印加し、メモリ絶縁膜4を破壊することによ
り、第1の電極3と第2の電極5とを導通状態になるよ
うにして行う。
タの書き込みは、第1の電極3を接地電位とし、第2の
電極5にメモリ絶縁膜4の絶縁耐圧以上のデータの書き
込み電圧を印加し、メモリ絶縁膜4を破壊することによ
り、第1の電極3と第2の電極5とを導通状態になるよ
うにして行う。
【0036】この発明の半導体不揮発性記憶装置のデー
タの読み出しは、第1の電極3を接地電位として、第2
の電極5にデータの読み出し電圧として電源電圧5Vを
印加し、第1の電極3と第2の電極5との間に、センス
電流以上の電流が流れるか、流れないかにより、データ
の書き込み状態と非書き込み状態とを判別することによ
り行なう。
タの読み出しは、第1の電極3を接地電位として、第2
の電極5にデータの読み出し電圧として電源電圧5Vを
印加し、第1の電極3と第2の電極5との間に、センス
電流以上の電流が流れるか、流れないかにより、データ
の書き込み状態と非書き込み状態とを判別することによ
り行なう。
【0037】データの書き込み状態は、メモリ絶縁膜4
が破壊しているため第1の電極3と第2の電極5とは導
通状態であり、データの非書き込み状態は、メモリ絶縁
膜4が破壊していないため、第1の電極3と第2の電極
5とは非導通状態である。
が破壊しているため第1の電極3と第2の電極5とは導
通状態であり、データの非書き込み状態は、メモリ絶縁
膜4が破壊していないため、第1の電極3と第2の電極
5とは非導通状態である。
【0038】この発明の半導体不揮発性記憶装置は、メ
モリ絶縁膜4の厚さを10nmとする。メモリ絶縁膜4
の絶縁耐圧は10MV/cm以下であるため、この発明
の半導体不揮発性記憶装置のデータの書き込み電圧は1
0Vである。
モリ絶縁膜4の厚さを10nmとする。メモリ絶縁膜4
の絶縁耐圧は10MV/cm以下であるため、この発明
の半導体不揮発性記憶装置のデータの書き込み電圧は1
0Vである。
【0039】データの書き込み電圧はメモリ絶縁膜4の
厚さで決まり、メモリ絶縁膜4の厚さはデータの連続読
み出し時にメモリ絶縁膜4が破壊しない厚さに設定す
る。
厚さで決まり、メモリ絶縁膜4の厚さはデータの連続読
み出し時にメモリ絶縁膜4が破壊しない厚さに設定す
る。
【0040】この発明の半導体不揮発性記憶装置では、
読み出し電圧を5Vから3Vへ低下させることにより、
データの書き込み電圧を10Vから6Vへ低くすること
ができる。すなわち、この発明の半導体不揮発性記憶装
置では、読み出し電圧を5Vから3Vにすると、データ
の読み出し時にメモリ絶縁膜4に印加される電界が低下
するので、メモリ絶縁膜4の厚さを10nmから6nm
へ薄くしても、データの連続読み出し時にメモリ絶縁膜
4が破壊しなくなる。このため、メモリ絶縁膜4の厚さ
を6nmと薄くすることができ、データの書き込み電圧
を6Vと低くすることができる。
読み出し電圧を5Vから3Vへ低下させることにより、
データの書き込み電圧を10Vから6Vへ低くすること
ができる。すなわち、この発明の半導体不揮発性記憶装
置では、読み出し電圧を5Vから3Vにすると、データ
の読み出し時にメモリ絶縁膜4に印加される電界が低下
するので、メモリ絶縁膜4の厚さを10nmから6nm
へ薄くしても、データの連続読み出し時にメモリ絶縁膜
4が破壊しなくなる。このため、メモリ絶縁膜4の厚さ
を6nmと薄くすることができ、データの書き込み電圧
を6Vと低くすることができる。
【0041】従来技術の半導体不揮発性記憶装置では、
第1の多結晶シリコン電極8を熱酸化して形成するシリ
コン酸化膜はピンホールが発生しやすいため、メモリ絶
縁膜4をピンホールが発生しない厚さ15nm以上にす
る必要がある。したがって、従来技術の半導体不揮発性
記憶装置のデータの書き込み電圧は、15V以上と高く
なる。
第1の多結晶シリコン電極8を熱酸化して形成するシリ
コン酸化膜はピンホールが発生しやすいため、メモリ絶
縁膜4をピンホールが発生しない厚さ15nm以上にす
る必要がある。したがって、従来技術の半導体不揮発性
記憶装置のデータの書き込み電圧は、15V以上と高く
なる。
【0042】したがって、この発明の半導体不揮発性記
憶装置は、従来技術よりもデータの書き込み電圧を著し
く低くすることができるため、半導体不揮発性記憶装置
を制御する周辺素子を高耐圧構造にする必要がなくな
り、製造工程が簡単で、かつ集積度が増大する。
憶装置は、従来技術よりもデータの書き込み電圧を著し
く低くすることができるため、半導体不揮発性記憶装置
を制御する周辺素子を高耐圧構造にする必要がなくな
り、製造工程が簡単で、かつ集積度が増大する。
【0043】この発明の半導体不揮発性記憶装置は、第
1の電極3が単結晶半導体薄膜であり表面が平滑である
ため、従来技術の半導体不揮発性記憶装置と比較して、
第1の電極3を熱酸化して形成するシリコン酸化膜から
なるメモリ絶縁膜4の厚さの均一性が向上し、データの
書き込み時に、第1の電極3と第2の電極5との間の全
ての領域で、メモリ絶縁膜4の絶縁破壊が起こる。
1の電極3が単結晶半導体薄膜であり表面が平滑である
ため、従来技術の半導体不揮発性記憶装置と比較して、
第1の電極3を熱酸化して形成するシリコン酸化膜から
なるメモリ絶縁膜4の厚さの均一性が向上し、データの
書き込み時に、第1の電極3と第2の電極5との間の全
ての領域で、メモリ絶縁膜4の絶縁破壊が起こる。
【0044】したがって、この発明の半導体不揮発性記
憶装置は、データの書き込み後の第1の電極3と第2の
電極5との間の抵抗値のバラツキが小さいため、書き込
み状態の読み出し電流のバラツキが小さくなり、センス
電流を1μA以上の大きな値に設定することができる。
憶装置は、データの書き込み後の第1の電極3と第2の
電極5との間の抵抗値のバラツキが小さいため、書き込
み状態の読み出し電流のバラツキが小さくなり、センス
電流を1μA以上の大きな値に設定することができる。
【0045】この発明の半導体不揮発性記憶装置は、セ
ンス電流を大きな値に設定することができるため、従来
技術の半導体不揮発性記憶装置と比較して、ノイズによ
るデータの誤読み出しが起こりにくくなり信頼性が向上
する。
ンス電流を大きな値に設定することができるため、従来
技術の半導体不揮発性記憶装置と比較して、ノイズによ
るデータの誤読み出しが起こりにくくなり信頼性が向上
する。
【0046】さらに、この発明の半導体不揮発性記憶装
置は、第2の電極5を第1の電極3の上面に設けるメモ
リ絶縁膜4のみに接するように形成することにより、さ
らにデータの誤読み出しを防止し信頼性を向上すること
ができる。
置は、第2の電極5を第1の電極3の上面に設けるメモ
リ絶縁膜4のみに接するように形成することにより、さ
らにデータの誤読み出しを防止し信頼性を向上すること
ができる。
【0047】すなわち、第2の電極5を第1の電極3の
側面まで形成すると、第1の電極3の側面には加工時に
発生するわずかな凸凹があるため、データの書き込み後
の第1の電極3と第2の電極5との間の抵抗値のバラツ
キが大きくなり、書き込み状態の読み出し電流のバラツ
キが大きくなり、ノイズによるデータの誤読み出しが起
こりやすくなる。
側面まで形成すると、第1の電極3の側面には加工時に
発生するわずかな凸凹があるため、データの書き込み後
の第1の電極3と第2の電極5との間の抵抗値のバラツ
キが大きくなり、書き込み状態の読み出し電流のバラツ
キが大きくなり、ノイズによるデータの誤読み出しが起
こりやすくなる。
【0048】[第1の実施形態の半導体不揮発性記憶装
置の製造方法:図3〜図10]この発明の半導体不揮発
性記憶装置の製造方法を実施するための最良の形態にお
ける半導体不揮発性記憶装置の製造方法を説明する。図
3から図10は、この発明の第1の実施形態の半導体不
揮発性記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図であ
る。
置の製造方法:図3〜図10]この発明の半導体不揮発
性記憶装置の製造方法を実施するための最良の形態にお
ける半導体不揮発性記憶装置の製造方法を説明する。図
3から図10は、この発明の第1の実施形態の半導体不
揮発性記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図であ
る。
【0049】まずはじめに図3に示すように、単結晶シ
リコン基板からなる半導体基板1を温度950℃の水蒸
気雰囲気で熱酸化することにより、半導体基板1上にシ
リコン酸化膜からなる絶縁膜2を厚さ500nm形成す
る。
リコン基板からなる半導体基板1を温度950℃の水蒸
気雰囲気で熱酸化することにより、半導体基板1上にシ
リコン酸化膜からなる絶縁膜2を厚さ500nm形成す
る。
【0050】なおこの絶縁膜2には、温度460℃でモ
ノシランと酸素との混合ガスを反応ガスとする化学的気
相成長法により半導体基板1上に形成する厚さ500n
mのシリコン酸化膜を用いてもよい。
ノシランと酸素との混合ガスを反応ガスとする化学的気
相成長法により半導体基板1上に形成する厚さ500n
mのシリコン酸化膜を用いてもよい。
【0051】つぎに図4に示すように、絶縁膜2上に感
光性樹脂(図示せず)を回転塗布法により全面に形成
し、所定のホトマスクを用いて露光、現像処理を行い、
メモリ形成領域10に感光性樹脂を残すように、感光性
樹脂をパターニングする。
光性樹脂(図示せず)を回転塗布法により全面に形成
し、所定のホトマスクを用いて露光、現像処理を行い、
メモリ形成領域10に感光性樹脂を残すように、感光性
樹脂をパターニングする。
【0052】その後、このパターニングした感光性樹脂
をエッチングマスクに用いて、メモリ形成領域10以外
の領域(以下、シード領域と称す)の絶縁膜2を半導体
基板1の表面までエッチングする。この絶縁膜2のエッ
チングは、フッ酸系水溶液を用いて行う。
をエッチングマスクに用いて、メモリ形成領域10以外
の領域(以下、シード領域と称す)の絶縁膜2を半導体
基板1の表面までエッチングする。この絶縁膜2のエッ
チングは、フッ酸系水溶液を用いて行う。
【0053】つぎに図5に示すように、減圧化学的気相
成長装置に半導体基板1を導入し、反応性ガスとして塩
素と水素との混合ガスを用いて、温度550℃〜600
℃にて、シード領域の半導体基板1の表面に形成された
自然酸化膜(図示せず)を除去する。
成長装置に半導体基板1を導入し、反応性ガスとして塩
素と水素との混合ガスを用いて、温度550℃〜600
℃にて、シード領域の半導体基板1の表面に形成された
自然酸化膜(図示せず)を除去する。
【0054】その後、同一装置内において、半導体基板
1の表面の自然酸化膜を除去した同じ温度または温度5
50℃〜600℃で、反応ガスとしてモノシランを用い
た化学的気相成長法により、厚さ300nmの非晶質半
導体薄膜である非晶質シリコン膜11を全面に形成す
る。
1の表面の自然酸化膜を除去した同じ温度または温度5
50℃〜600℃で、反応ガスとしてモノシランを用い
た化学的気相成長法により、厚さ300nmの非晶質半
導体薄膜である非晶質シリコン膜11を全面に形成す
る。
【0055】なお、非晶質シリコン膜11を形成する前
に半導体基板1の表面に形成された自然酸化膜の除去
は、非晶質シリコン膜11と半導体基板1との接触状態
をよくして、固相エピタキシャル成長の進行を促進させ
るために行う。
に半導体基板1の表面に形成された自然酸化膜の除去
は、非晶質シリコン膜11と半導体基板1との接触状態
をよくして、固相エピタキシャル成長の進行を促進させ
るために行う。
【0056】半導体基板1の表面の自然酸化膜を除去す
るには、上記の塩素と水素との混合ガスを用いる方法の
ほかに、アルゴン(Ar)スパッタ法や、水素プラズマ
を用いるエッチング法がある。
るには、上記の塩素と水素との混合ガスを用いる方法の
ほかに、アルゴン(Ar)スパッタ法や、水素プラズマ
を用いるエッチング法がある。
【0057】つぎに図6に示すように、非晶質シリコン
膜11の形成温度以下の温度、たとえば温度530℃の
窒素雰囲気で、12時間の熱処理を行う。
膜11の形成温度以下の温度、たとえば温度530℃の
窒素雰囲気で、12時間の熱処理を行う。
【0058】この熱処理により、まずシード領域の非晶
質シリコン膜11と半導体基板1との接触部から垂直方
向固相エピタキシャル成長が始まり、続いて横方向エピ
タキシャル成長が起こりメモリ形成領域10の非晶質シ
リコン膜11が単結晶半導体薄膜である単結晶シリコン
膜12へ変換する。
質シリコン膜11と半導体基板1との接触部から垂直方
向固相エピタキシャル成長が始まり、続いて横方向エピ
タキシャル成長が起こりメモリ形成領域10の非晶質シ
リコン膜11が単結晶半導体薄膜である単結晶シリコン
膜12へ変換する。
【0059】つぎに図7に示すように、ホトエッチング
処理により、第1の電極3の形成領域以外の単晶質シリ
コン膜を除去する。その後、イオン注入法により単結晶
シリコン膜に不純物としてリンを注入し単結晶シリコン
膜を導電性にすることにより第1の電極3を形成する。
処理により、第1の電極3の形成領域以外の単晶質シリ
コン膜を除去する。その後、イオン注入法により単結晶
シリコン膜に不純物としてリンを注入し単結晶シリコン
膜を導電性にすることにより第1の電極3を形成する。
【0060】つぎに図8に示すように、温度950℃の
酸素雰囲気または窒素希釈酸素雰囲気で第1の電極3を
熱酸化処理することにより、シリコン酸化膜からなるメ
モリ絶縁膜4を厚さ10nmで形成する。
酸素雰囲気または窒素希釈酸素雰囲気で第1の電極3を
熱酸化処理することにより、シリコン酸化膜からなるメ
モリ絶縁膜4を厚さ10nmで形成する。
【0061】メモリ絶縁膜4には、上記の第1の電極3
を熱酸化処理することにより形成するシリコン酸化膜の
ほかに、温度460℃でモノシランと酸素との混合ガス
を反応ガスとする化学的気相成長法により形成する厚さ
10nmのシリコン酸化膜、または温度700℃でアン
モニアとジクロルシランとの混合ガスを反応ガスとする
化学的気相成長法により形成する厚さ10nmのシリコ
ン窒化膜を用いてもよい。
を熱酸化処理することにより形成するシリコン酸化膜の
ほかに、温度460℃でモノシランと酸素との混合ガス
を反応ガスとする化学的気相成長法により形成する厚さ
10nmのシリコン酸化膜、または温度700℃でアン
モニアとジクロルシランとの混合ガスを反応ガスとする
化学的気相成長法により形成する厚さ10nmのシリコ
ン窒化膜を用いてもよい。
【0062】つぎに図9に示すように、温度600℃
で、反応ガスとしてモノシランを用いた化学的気相成長
法により、メモリ絶縁膜4上に第2の電極5の導電性材
料である多結晶シリコン膜を厚さ300nm形成する。
で、反応ガスとしてモノシランを用いた化学的気相成長
法により、メモリ絶縁膜4上に第2の電極5の導電性材
料である多結晶シリコン膜を厚さ300nm形成する。
【0063】その後、ホトエッチング処理を行うことに
より、第2の電極5を第1の電極3の上面のメモリ絶縁
膜4のみに接するような所定のパターンにエッチングす
る。
より、第2の電極5を第1の電極3の上面のメモリ絶縁
膜4のみに接するような所定のパターンにエッチングす
る。
【0064】なお、第2の電極5の導電性材料は、抵抗
値を下げるため、温度600℃で反応ガスとしてモノシ
ランとホスフィンとを用いた化学的気相成長法により形
成する厚さ300nmのリンを含む多結晶シリコン膜を
用いてもよい。
値を下げるため、温度600℃で反応ガスとしてモノシ
ランとホスフィンとを用いた化学的気相成長法により形
成する厚さ300nmのリンを含む多結晶シリコン膜を
用いてもよい。
【0065】つぎに図10に示すように、リンまたはボ
ロンを含むシリコン酸化膜からなる厚さ600nmの層
間絶縁膜7を化学的気相成長法により全面に形成する。
その後、層間絶縁膜7をホトエッチング処理することに
より、第1の電極3と第2の電極5との上にコンタクト
ホールを開口する。
ロンを含むシリコン酸化膜からなる厚さ600nmの層
間絶縁膜7を化学的気相成長法により全面に形成する。
その後、層間絶縁膜7をホトエッチング処理することに
より、第1の電極3と第2の電極5との上にコンタクト
ホールを開口する。
【0066】その後、配線金属材料としてアルミニウム
またはアルミニウムとシリコンとの合金を真空蒸着法や
スパッタリング法などを用いて全面に形成する。その
後、ホトエッチング処理を行って、第1の電極3と第2
の電極5とにそれぞれ接続する金属配線6を形成する。
またはアルミニウムとシリコンとの合金を真空蒸着法や
スパッタリング法などを用いて全面に形成する。その
後、ホトエッチング処理を行って、第1の電極3と第2
の電極5とにそれぞれ接続する金属配線6を形成する。
【0067】つぎに温度300℃でアンモニアとモノシ
ランとの混合ガスを反応ガスとするプラズマ化学的気相
成長法により、シリコン窒化膜からなる厚さ500nm
の表面保護膜(図示しない)を全面に形成する。
ランとの混合ガスを反応ガスとするプラズマ化学的気相
成長法により、シリコン窒化膜からなる厚さ500nm
の表面保護膜(図示しない)を全面に形成する。
【0068】この発明の半導体不揮発性記憶装置の製造
方法は、上記のとおり非晶質半導体薄膜である非晶質シ
リコン膜11から単結晶半導体薄膜である単結晶シリコ
ン膜12への変換に固相エピタキシャル成長法を用い
る。このことにより、従来技術と同じホトマスク枚数と
同じ製造工程数とで、この発明の半導体不揮発性記憶装
置の構造を実現できる。
方法は、上記のとおり非晶質半導体薄膜である非晶質シ
リコン膜11から単結晶半導体薄膜である単結晶シリコ
ン膜12への変換に固相エピタキシャル成長法を用い
る。このことにより、従来技術と同じホトマスク枚数と
同じ製造工程数とで、この発明の半導体不揮発性記憶装
置の構造を実現できる。
【0069】なお、非晶質シリコン膜11から単結晶シ
リコン膜12への変換方法として、非晶質シリコン膜1
1へレーザービームを照射し単結晶シリコン膜12へ変
換するレーザーアニール法を用いても、この発明の半導
体不揮発性記憶装置の構造を実現できる。
リコン膜12への変換方法として、非晶質シリコン膜1
1へレーザービームを照射し単結晶シリコン膜12へ変
換するレーザーアニール法を用いても、この発明の半導
体不揮発性記憶装置の構造を実現できる。
【0070】[第2の実施形態の半導体不揮発性記憶装
置の構造:図11]図11はこの発明の第2の実施の形
態における半導体不揮発性記憶装置の構造を示す断面図
である。まず、この図11を用いて、この発明の半導体
不揮発性記憶装置の構造を説明する。
置の構造:図11]図11はこの発明の第2の実施の形
態における半導体不揮発性記憶装置の構造を示す断面図
である。まず、この図11を用いて、この発明の半導体
不揮発性記憶装置の構造を説明する。
【0071】図11に示すように、この発明の半導体不
揮発性記憶装置は、半導体基板1上の絶縁膜2と、絶縁
膜2上に形成する第1の高濃度不純物層13とチャネル
領域14とチャネル領域14により第1の高濃度不純物
層13から離間している第2の高濃度不純物層15と、
第1の高濃度不純物層13の上面の一部に形成するシリ
コン酸化膜からなるメモリ絶縁膜4と、このメモリ絶縁
膜4上に形成する多結晶シリコン膜からなるメモリ電極
16と、チャネル領域14上に形成するゲート絶縁膜1
7と、このゲート絶縁膜17上に形成する多結晶シリコ
ン膜からなるアドレス電極18と、リンを含むシリコン
酸化膜からなる層間絶縁膜7と、メモリ電極16とアド
レス電極18と第2の高濃度不純物層15とにそれぞれ
接続する金属配線6とからなる構造とする。
揮発性記憶装置は、半導体基板1上の絶縁膜2と、絶縁
膜2上に形成する第1の高濃度不純物層13とチャネル
領域14とチャネル領域14により第1の高濃度不純物
層13から離間している第2の高濃度不純物層15と、
第1の高濃度不純物層13の上面の一部に形成するシリ
コン酸化膜からなるメモリ絶縁膜4と、このメモリ絶縁
膜4上に形成する多結晶シリコン膜からなるメモリ電極
16と、チャネル領域14上に形成するゲート絶縁膜1
7と、このゲート絶縁膜17上に形成する多結晶シリコ
ン膜からなるアドレス電極18と、リンを含むシリコン
酸化膜からなる層間絶縁膜7と、メモリ電極16とアド
レス電極18と第2の高濃度不純物層15とにそれぞれ
接続する金属配線6とからなる構造とする。
【0072】半導体基板1は単結晶シリコン基板を用
い、絶縁膜2は単結晶シリコン基板を熱酸化して形成す
るシリコン酸化膜を用いる。
い、絶縁膜2は単結晶シリコン基板を熱酸化して形成す
るシリコン酸化膜を用いる。
【0073】第1の高濃度不純物層13と第2の高濃度
不純物層15とは、イオン注入法により、絶縁膜2上に
形成した島状の単結晶シリコン膜へリンを注入し形成す
る。
不純物層15とは、イオン注入法により、絶縁膜2上に
形成した島状の単結晶シリコン膜へリンを注入し形成す
る。
【0074】なお、メモリ電極16とアドレス電極18
との間にシリコン酸化膜からなる電極間絶縁膜を形成す
ることにより、メモリ電極16は電極間絶縁物を介して
アドレス電極18と一部重なるように設けることができ
る。
との間にシリコン酸化膜からなる電極間絶縁膜を形成す
ることにより、メモリ電極16は電極間絶縁物を介して
アドレス電極18と一部重なるように設けることができ
る。
【0075】図12に示すように、この発明の半導体不
揮発性記憶装置の等価回路は、絶縁破壊型PROM19
とアドレストランジスタ20とを直列接続した回路であ
る。アドレス電極18はアドレストランジスタ20のゲ
ートであり、第2の高濃度不純物層15はアドレストラ
ンジスタ20のドレインである。メモリ電極16は絶縁
破壊型PROM19の電極である。この1組の絶縁破壊
型PROM19とアドレストランジスタ20とで、1個
のメモリセルを形成する。
揮発性記憶装置の等価回路は、絶縁破壊型PROM19
とアドレストランジスタ20とを直列接続した回路であ
る。アドレス電極18はアドレストランジスタ20のゲ
ートであり、第2の高濃度不純物層15はアドレストラ
ンジスタ20のドレインである。メモリ電極16は絶縁
破壊型PROM19の電極である。この1組の絶縁破壊
型PROM19とアドレストランジスタ20とで、1個
のメモリセルを形成する。
【0076】この発明の半導体不揮発性記憶装置のデー
タの書き込みは、メモリ電極16を接地電位として、ア
ドレス電極18と第2の高濃度不純物層15とにメモリ
絶縁膜4の絶縁耐圧以上のデータの書き込み電圧を印加
し、メモリ絶縁膜4を破壊することにより、絶縁破壊型
PROM19を導通状態になるようにして行う。
タの書き込みは、メモリ電極16を接地電位として、ア
ドレス電極18と第2の高濃度不純物層15とにメモリ
絶縁膜4の絶縁耐圧以上のデータの書き込み電圧を印加
し、メモリ絶縁膜4を破壊することにより、絶縁破壊型
PROM19を導通状態になるようにして行う。
【0077】この発明の半導体不揮発性記憶装置の実施
形態におけるデータの書き込み禁止は、メモリ電極16
とアドレス電極18と第2の高濃度不純物層15とを接
地電位にするか、メモリ電極16と第2の高濃度不純物
層15とを接地電位とし、アドレス電極18にデータの
書き込み電圧を印加するか、メモリ電極16とアドレス
電極18とを接地電位とし、第2の高濃度不純物層15
にデータの書き込み電圧を印加するかのいずれかによ
り、絶縁破壊型PROM19を非導通状態に保持して行
う。なお、データの書き込み禁止とは、半導体不揮発性
記憶装置を非書き込み状態に保持することである。
形態におけるデータの書き込み禁止は、メモリ電極16
とアドレス電極18と第2の高濃度不純物層15とを接
地電位にするか、メモリ電極16と第2の高濃度不純物
層15とを接地電位とし、アドレス電極18にデータの
書き込み電圧を印加するか、メモリ電極16とアドレス
電極18とを接地電位とし、第2の高濃度不純物層15
にデータの書き込み電圧を印加するかのいずれかによ
り、絶縁破壊型PROM19を非導通状態に保持して行
う。なお、データの書き込み禁止とは、半導体不揮発性
記憶装置を非書き込み状態に保持することである。
【0078】この発明の半導体不揮発性記憶装置のデー
タの読み出しは、メモリ電極16を接地電位として、ア
ドレス電極18と第2の高濃度不純物層15とにデータ
の読み出し電圧として電源電圧5Vを印加し、第2の高
濃度不純物層15とメモリ電極16との間に、センス電
流以上の電流が流れるか、流れないかにより、データの
書き込み状態と非書き込み状態とを判別することにより
行う。
タの読み出しは、メモリ電極16を接地電位として、ア
ドレス電極18と第2の高濃度不純物層15とにデータ
の読み出し電圧として電源電圧5Vを印加し、第2の高
濃度不純物層15とメモリ電極16との間に、センス電
流以上の電流が流れるか、流れないかにより、データの
書き込み状態と非書き込み状態とを判別することにより
行う。
【0079】データの書き込み状態は、絶縁破壊型PR
OM19は導通状態であるため、第2の高濃度不純物層
15とメモリ電極16とは導通状態である。また、デー
タの非書き込み状態は、絶縁破壊型PROM19は非導
通状態であるため、第2の高濃度不純物層15とメモリ
電極16とは非導通状態である。
OM19は導通状態であるため、第2の高濃度不純物層
15とメモリ電極16とは導通状態である。また、デー
タの非書き込み状態は、絶縁破壊型PROM19は非導
通状態であるため、第2の高濃度不純物層15とメモリ
電極16とは非導通状態である。
【0080】この発明の半導体不揮発性記憶装置は、複
数個のメモリセルをマトリクス状に配置することができ
る。図13を用いて、複数個のメモリセルを配置する方
法を説明する。
数個のメモリセルをマトリクス状に配置することができ
る。図13を用いて、複数個のメモリセルを配置する方
法を説明する。
【0081】図13は4個のメモリセル21、22、2
3、24をマトリクス状に配置する回路図である。水平
方向に隣接するメモリセル21、22はワード線25に
接続し、メモリセル23、24はワード線26に接続す
る。垂直方向に隣接する、メモリセル21、23はビッ
ト線29とデータ線27とに接続し、メモリセル22、
24はビット線30とデータ線28とに接続する。
3、24をマトリクス状に配置する回路図である。水平
方向に隣接するメモリセル21、22はワード線25に
接続し、メモリセル23、24はワード線26に接続す
る。垂直方向に隣接する、メモリセル21、23はビッ
ト線29とデータ線27とに接続し、メモリセル22、
24はビット線30とデータ線28とに接続する。
【0082】メモリセル21のデータの書き込みは、デ
ータ線27、28とビット線30とワード線26とを接
地電位として、ワード線25とビット線29とにデータ
の書き込み電圧を印加して行う。このことにより、メモ
リセル22、23、24はデータの書き込み禁止となる
ため、メモリセル21は選択的にデータの書き込みがで
きる。
ータ線27、28とビット線30とワード線26とを接
地電位として、ワード線25とビット線29とにデータ
の書き込み電圧を印加して行う。このことにより、メモ
リセル22、23、24はデータの書き込み禁止となる
ため、メモリセル21は選択的にデータの書き込みがで
きる。
【0083】メモリセル21のデータの読み出しは、デ
ータ線28とビット線30とワード線26とを接地電位
として、ワード線25とビット線29とにデータの読み
出し電圧として電源電圧5Vを印加し、データ線27に
センス電流以上の電流が流れるか、流れないかにより、
データの書き込み状態と非書き込み状態とを判別するこ
とにより行う。
ータ線28とビット線30とワード線26とを接地電位
として、ワード線25とビット線29とにデータの読み
出し電圧として電源電圧5Vを印加し、データ線27に
センス電流以上の電流が流れるか、流れないかにより、
データの書き込み状態と非書き込み状態とを判別するこ
とにより行う。
【0084】したがって、この発明の半導体不揮発性記
憶装置は、水平方向に隣接するメモリセルを1本のワー
ド線に接続でき、かつ垂直方向に隣接するメモリセルを
1本のビット線とデータ線とに接続できるため、ワード
線とビット線とデータ線との本数が少なくなり、高集積
化することが可能となる。
憶装置は、水平方向に隣接するメモリセルを1本のワー
ド線に接続でき、かつ垂直方向に隣接するメモリセルを
1本のビット線とデータ線とに接続できるため、ワード
線とビット線とデータ線との本数が少なくなり、高集積
化することが可能となる。
【0085】さらに、この発明の半導体不揮発性記憶装
置は、絶縁破壊型PROM19とアドレストランジスタ
20とを隣接して形成することができるため、メモリセ
ルが小さくなり、高集積化することが可能となる。
置は、絶縁破壊型PROM19とアドレストランジスタ
20とを隣接して形成することができるため、メモリセ
ルが小さくなり、高集積化することが可能となる。
【0086】この発明の半導体不揮発性記憶装置は、メ
モリ絶縁膜4の厚さを10nmとする。メモリ絶縁膜4
の絶縁耐圧は10MV/cm以下であるため、この発明
の半導体不揮発性記憶装置のデータの書き込み電圧は1
0Vである。
モリ絶縁膜4の厚さを10nmとする。メモリ絶縁膜4
の絶縁耐圧は10MV/cm以下であるため、この発明
の半導体不揮発性記憶装置のデータの書き込み電圧は1
0Vである。
【0087】データの書き込み電圧はメモリ絶縁膜4の
厚さで決まり、メモリ絶縁膜4の厚さはデータの連続読
み出し時にメモリ絶縁膜4が破壊しない厚さに設定す
る。
厚さで決まり、メモリ絶縁膜4の厚さはデータの連続読
み出し時にメモリ絶縁膜4が破壊しない厚さに設定す
る。
【0088】ゲート絶縁膜17の厚さは、アドレス電極
18にデータの書き込み電圧を印加するため、データの
書き込み電圧10Vで破壊しないように15nm以上に
設定する。
18にデータの書き込み電圧を印加するため、データの
書き込み電圧10Vで破壊しないように15nm以上に
設定する。
【0089】この発明の半導体不揮発性記憶装置では、
読み出し電圧を5Vから3Vへ低下させることにより、
データの書き込み電圧を10Vから6Vへ低くすること
ができる。すなわち、この発明の半導体不揮発性記憶装
置では、読み出し電圧を5Vから3Vにすると、データ
の読み出し時にメモリ絶縁膜4に印加される電界が低下
するので、メモリ絶縁膜4の厚さを10nmから6nm
へ薄くしても、データの連続読み出し時にメモリ絶縁膜
4が破壊しなくなる。このため、メモリ絶縁膜4の厚さ
を6nmと薄くすることができ、データの書き込み電圧
を6Vと低くすることができる。
読み出し電圧を5Vから3Vへ低下させることにより、
データの書き込み電圧を10Vから6Vへ低くすること
ができる。すなわち、この発明の半導体不揮発性記憶装
置では、読み出し電圧を5Vから3Vにすると、データ
の読み出し時にメモリ絶縁膜4に印加される電界が低下
するので、メモリ絶縁膜4の厚さを10nmから6nm
へ薄くしても、データの連続読み出し時にメモリ絶縁膜
4が破壊しなくなる。このため、メモリ絶縁膜4の厚さ
を6nmと薄くすることができ、データの書き込み電圧
を6Vと低くすることができる。
【0090】したがって、この発明の半導体不揮発性記
憶装置は、従来技術よりもデータの書き込み電圧を著し
く低くすることができるため、半導体不揮発性記憶装置
を制御する周辺素子を高耐圧構造にする必要がなくな
り、製造工程が簡単で、かつ集積度が増大する。
憶装置は、従来技術よりもデータの書き込み電圧を著し
く低くすることができるため、半導体不揮発性記憶装置
を制御する周辺素子を高耐圧構造にする必要がなくな
り、製造工程が簡単で、かつ集積度が増大する。
【0091】この発明の半導体不揮発性記憶装置は、第
1の高濃度不純物層13を表面が平滑である単結晶半導
体薄膜に形成するため、従来技術の半導体不揮発性記憶
装置と比較して、第1の高濃度不純物層13を熱酸化し
て形成するシリコン酸化膜からなるメモリ絶縁膜4の厚
さの均一性が向上し、データの書き込み時に、第1の高
濃度不純物層13とメモリ電極16との間のすべての領
域で、メモリ絶縁膜4の絶縁破壊が起こる。
1の高濃度不純物層13を表面が平滑である単結晶半導
体薄膜に形成するため、従来技術の半導体不揮発性記憶
装置と比較して、第1の高濃度不純物層13を熱酸化し
て形成するシリコン酸化膜からなるメモリ絶縁膜4の厚
さの均一性が向上し、データの書き込み時に、第1の高
濃度不純物層13とメモリ電極16との間のすべての領
域で、メモリ絶縁膜4の絶縁破壊が起こる。
【0092】したがって、この発明の半導体不揮発性記
憶装置は、データの書き込み後の第1の高濃度不純物層
13とメモリ電極16との間の抵抗値のバラツキが小さ
いため、書き込み状態の読み出し電流のバラツキが小さ
くなり、センス電流を1μA以上の大きな値に設定する
ことができる。
憶装置は、データの書き込み後の第1の高濃度不純物層
13とメモリ電極16との間の抵抗値のバラツキが小さ
いため、書き込み状態の読み出し電流のバラツキが小さ
くなり、センス電流を1μA以上の大きな値に設定する
ことができる。
【0093】この発明の半導体不揮発性記憶装置は、セ
ンス電流を大きな値に設定することができるため、従来
技術の半導体不揮発性記憶装置と比較して、ノイズによ
るデータの誤読み出しが起こりにくくなり信頼性が向上
する。
ンス電流を大きな値に設定することができるため、従来
技術の半導体不揮発性記憶装置と比較して、ノイズによ
るデータの誤読み出しが起こりにくくなり信頼性が向上
する。
【0094】さらに、この発明の半導体不揮発性記憶装
置は、メモリ電極16を第1の不純物層13の上面の一
部に形成するメモリ絶縁膜4のみに接するように形成す
ることにより、さらにデータの誤読み出しを防止し信頼
性を向上することができる。
置は、メモリ電極16を第1の不純物層13の上面の一
部に形成するメモリ絶縁膜4のみに接するように形成す
ることにより、さらにデータの誤読み出しを防止し信頼
性を向上することができる。
【0095】すなわち、第1の高濃度不純物層13の側
面には、加工時に発生するわずかな凸凹があるため、メ
モリ電極16を第1の高濃度不純物層13の側面まで形
成すると、データの書き込み後の第1の高濃度不純物層
13とメモリ電極16との間の抵抗値のバラツキは大き
くなる。このため、書き込み状態の読み出し電流のバラ
ツキが大きくなり、ノイズによるデータの誤読み出しが
起こりやすくなる。
面には、加工時に発生するわずかな凸凹があるため、メ
モリ電極16を第1の高濃度不純物層13の側面まで形
成すると、データの書き込み後の第1の高濃度不純物層
13とメモリ電極16との間の抵抗値のバラツキは大き
くなる。このため、書き込み状態の読み出し電流のバラ
ツキが大きくなり、ノイズによるデータの誤読み出しが
起こりやすくなる。
【0096】[第2の実施形態の半導体不揮発性記憶装
置の製造方法:図3〜図6、および図14〜図20]図
3から図6、および図14から図20は、この発明の第
2の実施形態の半導体不揮発性記憶装置の製造方法を工
程順に示す断面図である。
置の製造方法:図3〜図6、および図14〜図20]図
3から図6、および図14から図20は、この発明の第
2の実施形態の半導体不揮発性記憶装置の製造方法を工
程順に示す断面図である。
【0097】まずはじめに図3に示すように、単結晶シ
リコン基板からなる半導体基板1を温度950℃の水蒸
気雰囲気で熱酸化することにより、半導体基板1上にシ
リコン酸化膜からなる絶縁膜2を厚さ500nm形成す
る。
リコン基板からなる半導体基板1を温度950℃の水蒸
気雰囲気で熱酸化することにより、半導体基板1上にシ
リコン酸化膜からなる絶縁膜2を厚さ500nm形成す
る。
【0098】なおこの絶縁膜2には、温度460℃でモ
ノシランと酸素との混合ガスを反応ガスとする化学的気
相成長法により半導体基板1上に形成する厚さ500n
mのシリコン酸化膜を用いてもよい。
ノシランと酸素との混合ガスを反応ガスとする化学的気
相成長法により半導体基板1上に形成する厚さ500n
mのシリコン酸化膜を用いてもよい。
【0099】つぎに図4に示すように、絶縁膜2上に感
光性樹脂(図示せず)を回転塗布法により全面に形成
し、所定のホトマスクを用いて露光、現像処理を行い、
メモリ形成領域10に感光性樹脂を残すように、感光性
樹脂をパターニングする。
光性樹脂(図示せず)を回転塗布法により全面に形成
し、所定のホトマスクを用いて露光、現像処理を行い、
メモリ形成領域10に感光性樹脂を残すように、感光性
樹脂をパターニングする。
【0100】その後、このパターニングした感光性樹脂
をエッチングマスクに用いて、シード領域の絶縁膜2を
半導体基板1の表面までエッチングする。この絶縁膜2
のエッチングは、フッ酸系水溶液を用いて行う。
をエッチングマスクに用いて、シード領域の絶縁膜2を
半導体基板1の表面までエッチングする。この絶縁膜2
のエッチングは、フッ酸系水溶液を用いて行う。
【0101】つぎに図5に示すように、減圧化学的気相
成長装置に半導体基板1を導入し、反応性ガスとして塩
素と水素との混合ガスを用いて、温度550℃〜600
℃にて、シード領域の半導体基板1の表面に形成された
自然酸化膜(図示せず)を除去する。
成長装置に半導体基板1を導入し、反応性ガスとして塩
素と水素との混合ガスを用いて、温度550℃〜600
℃にて、シード領域の半導体基板1の表面に形成された
自然酸化膜(図示せず)を除去する。
【0102】その後、同一装置内において、半導体基板
1の表面の自然酸化膜を除去した同じ温度または温度5
50℃〜600℃で、反応ガスとしてモノシランを用い
た化学的気相成長法により、厚さ300nmの非晶質半
導体薄膜である非晶質シリコン膜11を全面に形成す
る。
1の表面の自然酸化膜を除去した同じ温度または温度5
50℃〜600℃で、反応ガスとしてモノシランを用い
た化学的気相成長法により、厚さ300nmの非晶質半
導体薄膜である非晶質シリコン膜11を全面に形成す
る。
【0103】なお、非晶質シリコン膜11を形成する前
に半導体基板1の表面に形成された自然酸化膜の除去
は、非晶質シリコン膜11と半導体基板1との接触状態
をよくして、固相エピタキシャル成長の進行を促進させ
るために行う。
に半導体基板1の表面に形成された自然酸化膜の除去
は、非晶質シリコン膜11と半導体基板1との接触状態
をよくして、固相エピタキシャル成長の進行を促進させ
るために行う。
【0104】半導体基板1の表面の自然酸化膜を除去す
るには、上記の塩素と水素との混合ガスを用いる方法の
ほかに、アルゴン(Ar)スパッタ法や、水素プラズマ
を用いるエッチング法がある。
るには、上記の塩素と水素との混合ガスを用いる方法の
ほかに、アルゴン(Ar)スパッタ法や、水素プラズマ
を用いるエッチング法がある。
【0105】つぎに図6に示すように、非晶質シリコン
膜11の形成温度以下の温度、たとえば温度530℃の
窒素雰囲気で、12時間の熱処理を行う。
膜11の形成温度以下の温度、たとえば温度530℃の
窒素雰囲気で、12時間の熱処理を行う。
【0106】この熱処理により、まずシード領域の非晶
質シリコン膜11と半導体基板1との接触部から垂直方
向固相エピタキシャル成長が始まり、続いて横方向エピ
タキシャル成長が起こりメモリ形成領域10の非晶質シ
リコン膜11が単結晶半導体薄膜である単結晶シリコン
膜12へ変換する。
質シリコン膜11と半導体基板1との接触部から垂直方
向固相エピタキシャル成長が始まり、続いて横方向エピ
タキシャル成長が起こりメモリ形成領域10の非晶質シ
リコン膜11が単結晶半導体薄膜である単結晶シリコン
膜12へ変換する。
【0107】つぎに図14に示すように、ホトエッチン
グ処理により、絶縁膜2上に単結晶シリコン膜12を島
状に形成する。
グ処理により、絶縁膜2上に単結晶シリコン膜12を島
状に形成する。
【0108】つぎに図15に示すように、温度1000
℃の酸素雰囲気または窒素希釈酸素雰囲気で単結晶シリ
コン膜12を熱処理することにより、シリコン酸化膜か
らなるゲート絶縁膜17を厚さ15nmで形成する。
℃の酸素雰囲気または窒素希釈酸素雰囲気で単結晶シリ
コン膜12を熱処理することにより、シリコン酸化膜か
らなるゲート絶縁膜17を厚さ15nmで形成する。
【0109】つぎに図16に示すように、温度600℃
で、反応ガスとしてモノシランを用いた化学的気相成長
法により、ゲート絶縁膜17上にアドレス電極18の導
電性材料である多結晶シリコン膜を厚さ300nm形成
する。その後、ホトエッチング処理を行うことにより、
アドレス電極18を所定のパターンにエッチングする。
で、反応ガスとしてモノシランを用いた化学的気相成長
法により、ゲート絶縁膜17上にアドレス電極18の導
電性材料である多結晶シリコン膜を厚さ300nm形成
する。その後、ホトエッチング処理を行うことにより、
アドレス電極18を所定のパターンにエッチングする。
【0110】なお、アドレス電極18の導電性材料は、
抵抗値を下げるため、温度600℃で反応ガスとしてモ
ノシランとホスフィンとを用いた化学的気相成長法によ
り形成する、厚さ300nmのリンを含む多結晶シリコ
ン膜を用いてもよい。
抵抗値を下げるため、温度600℃で反応ガスとしてモ
ノシランとホスフィンとを用いた化学的気相成長法によ
り形成する、厚さ300nmのリンを含む多結晶シリコ
ン膜を用いてもよい。
【0111】つぎに図17に示すように、アドレス電極
18をマスクとして、リンイオンを加速エネルギー50
keV、ドーズ量2×1015atoms/cm2 で注入
するイオン注入法により、第1の高濃度不純物層13と
第2の高濃度不純物層15とを形成する。なお、アドレ
ス電極18の直下はリンイオンが注入されずチャネル領
域14となる。その後、フッ酸系水溶液でのエッチング
処理によって、第1の高濃度不純物層13と第2の高濃
度不純物層15との表面を露出する。
18をマスクとして、リンイオンを加速エネルギー50
keV、ドーズ量2×1015atoms/cm2 で注入
するイオン注入法により、第1の高濃度不純物層13と
第2の高濃度不純物層15とを形成する。なお、アドレ
ス電極18の直下はリンイオンが注入されずチャネル領
域14となる。その後、フッ酸系水溶液でのエッチング
処理によって、第1の高濃度不純物層13と第2の高濃
度不純物層15との表面を露出する。
【0112】つぎに図18に示すように、温度950℃
の酸素雰囲気または窒素希釈酸素雰囲気で熱処理するこ
とにより、第1の高濃度不純物層13とアドレス電極1
8と第2の高濃度不純物層15との上にシリコン酸化膜
からなるメモリ絶縁膜4を厚さ10nmで形成する。
の酸素雰囲気または窒素希釈酸素雰囲気で熱処理するこ
とにより、第1の高濃度不純物層13とアドレス電極1
8と第2の高濃度不純物層15との上にシリコン酸化膜
からなるメモリ絶縁膜4を厚さ10nmで形成する。
【0113】メモリ絶縁膜4には、上記の酸素雰囲気ま
たは窒素希釈酸素雰囲気で熱処理することにより形成す
るシリコン酸化膜のほかに、温度460℃でモノシラン
と酸素との混合ガスを反応ガスとする化学的気相成長法
により形成する厚さ10nmのシリコン酸化膜、または
温度700℃でアンモニアとジクロルシランとの混合ガ
スを反応ガスとする化学的気相成長法により形成する厚
さ10nmのシリコン窒化膜を用いてもよい。
たは窒素希釈酸素雰囲気で熱処理することにより形成す
るシリコン酸化膜のほかに、温度460℃でモノシラン
と酸素との混合ガスを反応ガスとする化学的気相成長法
により形成する厚さ10nmのシリコン酸化膜、または
温度700℃でアンモニアとジクロルシランとの混合ガ
スを反応ガスとする化学的気相成長法により形成する厚
さ10nmのシリコン窒化膜を用いてもよい。
【0114】つぎに図19に示すように、温度600℃
で、反応ガスとしてモノシランを用いた化学的気相成長
法により、メモリ絶縁膜4上にメモリ電極16の導電性
材料である多結晶シリコン膜を厚さ300nm形成す
る。その後、ホトエッチング処理を行うことにより、メ
モリ電極16とメモリ絶縁膜4とを所定のパターンにエ
ッチングする。
で、反応ガスとしてモノシランを用いた化学的気相成長
法により、メモリ絶縁膜4上にメモリ電極16の導電性
材料である多結晶シリコン膜を厚さ300nm形成す
る。その後、ホトエッチング処理を行うことにより、メ
モリ電極16とメモリ絶縁膜4とを所定のパターンにエ
ッチングする。
【0115】なお、メモリ電極16の導電性材料は、抵
抗値を下げるため、温度600℃で反応ガスとしてモノ
シランとホスフィンとを用いた化学的気相成長法により
形成する、厚さ300nmのリンを含む多結晶シリコン
膜を用いてもよい。
抗値を下げるため、温度600℃で反応ガスとしてモノ
シランとホスフィンとを用いた化学的気相成長法により
形成する、厚さ300nmのリンを含む多結晶シリコン
膜を用いてもよい。
【0116】つぎに図20に示すように、リンまたはボ
ロンを含むシリコン酸化膜からなる厚さ600nmの層
間絶縁膜7を化学的気相成長法により全面に形成する。
その後、層間絶縁膜7をホトエッチング処理することに
より、メモリ電極16とアドレス電極18と第2の高濃
度不純物層15との上にコンタクトホールを開口する。
ロンを含むシリコン酸化膜からなる厚さ600nmの層
間絶縁膜7を化学的気相成長法により全面に形成する。
その後、層間絶縁膜7をホトエッチング処理することに
より、メモリ電極16とアドレス電極18と第2の高濃
度不純物層15との上にコンタクトホールを開口する。
【0117】その後、配線金属材料としてアルミニウム
またはアルミニウムとシリコンとの合金を真空蒸着法や
スパッタリング法などを用いて全面に形成する。その
後、メモリ電極16とアドレス電極18と第2の高濃度
不純物層15とにそれぞれ接続する金属配線6を形成す
る。
またはアルミニウムとシリコンとの合金を真空蒸着法や
スパッタリング法などを用いて全面に形成する。その
後、メモリ電極16とアドレス電極18と第2の高濃度
不純物層15とにそれぞれ接続する金属配線6を形成す
る。
【0118】つぎに温度300℃でアンモニアとモノシ
ランとの混合ガスを反応ガスとするプラズマ化学的気相
成長法により、シリコン窒化膜からなる厚さ500nm
の表面保護膜(図示しない)を全面に形成する。
ランとの混合ガスを反応ガスとするプラズマ化学的気相
成長法により、シリコン窒化膜からなる厚さ500nm
の表面保護膜(図示しない)を全面に形成する。
【0119】この発明の半導体不揮発性記憶装置の製造
方法は、周辺素子のゲート形成工程で同時にゲート絶縁
膜17とアドレス電極18とを形成できる。さらに、周
辺素子のソース・ドレイン形成工程で同時に第1の高濃
度不純物層13と第2の高濃度不純物層15とを形成で
きる。
方法は、周辺素子のゲート形成工程で同時にゲート絶縁
膜17とアドレス電極18とを形成できる。さらに、周
辺素子のソース・ドレイン形成工程で同時に第1の高濃
度不純物層13と第2の高濃度不純物層15とを形成で
きる。
【0120】この発明の半導体不揮発性記憶装置の製造
方法は、非晶質半導体薄膜である非晶質シリコン膜11
から単結晶半導体薄膜である単結晶シリコン膜12への
変換に固相エピタキシャル成長法を用いる。
方法は、非晶質半導体薄膜である非晶質シリコン膜11
から単結晶半導体薄膜である単結晶シリコン膜12への
変換に固相エピタキシャル成長法を用いる。
【0121】これらのことにより、この発明の半導体不
揮発性記憶装置の製造方法は、従来技術と同じホトマス
ク枚数と同じ製造工程数とで、この発明の半導体不揮発
性記憶装置の構造を実現できる。
揮発性記憶装置の製造方法は、従来技術と同じホトマス
ク枚数と同じ製造工程数とで、この発明の半導体不揮発
性記憶装置の構造を実現できる。
【0122】なお、非晶質シリコン膜11から単結晶シ
リコン膜12への変換方法として、非晶質シリコン膜1
1へレーザービームを照射し単結晶シリコン膜12へ変
換するレーザーアニール法を用いても、この発明の半導
体不揮発性記憶装置の構造を実現できる。
リコン膜12への変換方法として、非晶質シリコン膜1
1へレーザービームを照射し単結晶シリコン膜12へ変
換するレーザーアニール法を用いても、この発明の半導
体不揮発性記憶装置の構造を実現できる。
【0123】
【発明の効果】以上の説明から明かなように、この発明
の半導体不揮発性記憶装置は従来技術に比較して、デー
タの書き込み電圧が低くなり、高集積化が可能となる。
また、この発明の半導体不揮発性記憶装置は従来技術に
比較して、データの誤読み出しが起こりにくくなり、信
頼性を向上することが可能となる。
の半導体不揮発性記憶装置は従来技術に比較して、デー
タの書き込み電圧が低くなり、高集積化が可能となる。
また、この発明の半導体不揮発性記憶装置は従来技術に
比較して、データの誤読み出しが起こりにくくなり、信
頼性を向上することが可能となる。
【0124】さらに、この発明の半導体不揮発性記憶装
置の製造方法は、従来技術と同じ製造工程数で、高集積
で高信頼性の半導体不揮発性記憶装置を製造することが
可能となる。
置の製造方法は、従来技術と同じ製造工程数で、高集積
で高信頼性の半導体不揮発性記憶装置を製造することが
可能となる。
【図1】この発明の実施の形態における半導体不揮発性
記憶装置の構造を示す断面図である。
記憶装置の構造を示す断面図である。
【図2】従来技術の半導体不揮発性記憶装置の構造を示
す断面図である。
す断面図である。
【図3】この発明の実施の形態における半導体不揮発性
記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面図
である。
記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面図
である。
【図4】この発明の実施の形態における半導体不揮発性
記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面図
である。
記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面図
である。
【図5】この発明の実施の形態における半導体不揮発性
記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面図
である。
記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面図
である。
【図6】この発明の実施の形態における半導体不揮発性
記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面図
である。
記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面図
である。
【図7】この発明の実施の形態における半導体不揮発性
記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面図
である。
記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面図
である。
【図8】この発明の実施の形態における半導体不揮発性
記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面図
である。
記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面図
である。
【図9】この発明の実施の形態における半導体不揮発性
記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面図
である。
記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面図
である。
【図10】この発明の実施の形態における半導体不揮発
性記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面
図である。
性記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面
図である。
【図11】この発明の実施の形態における半導体不揮発
性記憶装置の構造を示す断面図である。
性記憶装置の構造を示す断面図である。
【図12】この発明の実施の形態における半導体不揮発
性記憶装置の等価回路を示す回路図である。
性記憶装置の等価回路を示す回路図である。
【図13】この発明の実施の形態における半導体不揮発
性記憶装置を示す回路図である。
性記憶装置を示す回路図である。
【図14】この発明の実施の形態における半導体不揮発
性記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面
図である。
性記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面
図である。
【図15】この発明の実施の形態における半導体不揮発
性記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面
図である。
性記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面
図である。
【図16】この発明の実施の形態における半導体不揮発
性記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面
図である。
性記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面
図である。
【図17】この発明の実施の形態における半導体不揮発
性記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面
図である。
性記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面
図である。
【図18】この発明の実施の形態における半導体不揮発
性記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面
図である。
性記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面
図である。
【図19】この発明の実施の形態における半導体不揮発
性記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面
図である。
性記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面
図である。
【図20】この発明の実施の形態における半導体不揮発
性記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面
図である。
性記憶装置の構造を形成するための製造方法を示す断面
図である。
1 半導体基板 2 絶縁膜 3 第1の電極 4 メモリ絶縁膜 5 第2の電極 6 金属配線
Claims (13)
- 【請求項1】 半導体基板上に設ける絶縁膜と、この絶
縁膜上に設ける第1の電極と、この第1の電極上に設け
るメモリ絶縁膜と、このメモリ絶縁膜上に設ける第2の
電極と、第1の電極と第2の電極とにそれぞれ接続する
金属配線とを備え、 第1の電極は単結晶半導体薄膜であることを特徴とする
半導体不揮発性記憶装置。 - 【請求項2】 半導体基板上に設ける絶縁膜と、この絶
縁膜上に島状に分離して設け、単結晶半導体薄膜からな
る第1の電極と、この第1の電極上に設けるメモリ絶縁
膜と、このメモリ絶縁膜上に設ける第2の電極と、第1
の電極と第2の電極とにそれぞれ接続する金属配線とを
備え、 第2の電極は第1の電極上面に設けるメモリ絶縁膜のみ
に接する領域を有することを特徴とする半導体不揮発性
記憶装置。 - 【請求項3】 半導体基板上に設ける絶縁膜と、この絶
縁膜上の島状に分離した単結晶半導体薄膜に設ける第1
の電極と、この第1の電極上に設けるメモリ絶縁膜と、
このメモリ絶縁膜上に設ける第2の電極と、第1の電極
と第2の電極とにそれぞれ接続する金属配線とを備え、 第2の電極は第1の電極上面に設けるメモリ絶縁膜のみ
に接する領域を有することを特徴とする半導体不揮発性
記憶装置。 - 【請求項4】 半導体基板上に設ける絶縁膜と、 この絶縁膜上の島状に分離した単結晶半導体薄膜に設け
る第1の高濃度不純物層と、チャネル領域と、チャネル
領域により第1の高濃度不純物層から離間して設ける第
2の高濃度不純物層と、 第1の高濃度不純物層の上面の一部に設けるメモリ絶縁
膜と、このメモリ絶縁膜上に設けるメモリ電極と、 チャネル領域上に設けるゲート絶縁膜と、このゲート絶
縁膜上に設けるアドレス電極と、 メモリ電極とアドレス電極と第2の高濃度不純物層とに
それぞれ接続する金属配線とを備えることを特徴とする
半導体不揮発性記憶装置。 - 【請求項5】 半導体基板上に設ける絶縁膜と、 この絶縁膜上の島状に分離した単結晶半導体薄膜に設け
る第1の高濃度不純物層と、チャネル領域と、チャネル
領域により第1の高濃度不純物層から離間して設ける第
2の高濃度不純物層と、 第1の高濃度不純物層の上面の一部に設けるメモリ絶縁
膜と、このメモリ絶縁膜上に設けるメモリ電極と、 チャネル領域上に設けるゲート絶縁膜と、このゲート絶
縁膜上に設けるアドレス電極と、 メモリ電極とアドレス電極と第2の高濃度不純物層とに
それぞれ接続する金属配線とを備え、 メモリ電極は電極間絶縁膜を介してアドレス電極と一部
重なるごとく設けることを特徴とする半導体不揮発性記
憶装置。 - 【請求項6】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、 この絶縁膜上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、 この非晶質半導体薄膜を単結晶半導体薄膜へ変換する工
程と、 この単結晶半導体薄膜をホトエッチング処理し第1の電
極を形成する工程と、 この第1の電極上にメモリ絶縁膜を形成する工程と、 このメモリ絶縁膜上に導電性材料を形成し、さらにホト
エッチング処理により第2の電極を形成する工程と、 第1の電極と第2の電極とにそれぞれ接続する金属配線
を形成する工程とを有することを特徴とする半導体不揮
発性記憶装置の製造方法。 - 【請求項7】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、 この絶縁膜上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、 この非晶質半導体薄膜を単結晶半導体薄膜へ変換する工
程と、 この単結晶半導体薄膜をホトエッチング処理し島状の第
1の電極を形成する工程と、 この第1の電極上にメモリ絶縁膜を形成する工程と、 このメモリ絶縁膜上に導電性材料を形成し、さらにホト
エッチング処理により第1の電極上面のメモリ絶縁膜の
みに接する領域を有するように第2の電極を形成する工
程と、 第1の電極と第2の電極とにそれぞれ接続する金属配線
を形成する工程とを有することを特徴とする半導体不揮
発性記憶装置の製造方法。 - 【請求項8】 シリコン基板上に絶縁膜を形成する工程
と、 ホトエッチング処理により、メモリ形成領域以外の絶縁
膜を除去する工程と、 非晶質シリコン膜を形成する工程と、 この非晶質シリコン膜を熱処理することにより、単結晶
シリコン膜へ変換する工程と、 この単結晶シリコン膜をホトエッチング処理し第1の電
極を形成する工程と、 この第1の電極上にメモリ絶縁膜を形成する工程と、 このメモリ絶縁膜上に導電性材料を形成し、さらにホト
エッチング処理により第2の電極を形成する工程と、 第1の電極と第2の電極とにそれぞれ接続する金属配線
を形成する工程とを有することを特徴とする半導体不揮
発性記憶装置の製造方法。 - 【請求項9】 シリコン基板上に絶縁膜を形成する工程
と、 ホトエッチング処理により、メモリ形成領域以外の絶縁
膜を除去する工程と、 非晶質シリコン膜を形成する工程と、 この非晶質シリコン膜を熱処理することにより、単結晶
シリコン膜へ変換する工程と、 この単結晶シリコン膜をホトエッチング処理し島状の第
1の電極を形成する工程と、 この第1の電極上にメモリ絶縁膜を形成する工程と、 このメモリ絶縁膜上に導電性材料を形成し、さらにホト
エッチング処理により第1の電極上面のメモリ絶縁膜の
みに接する領域を有するように第2の電極を形成する工
程と、 第1の電極と第2の電極とにそれぞれ接続する金属配線
を形成する工程とを有することを特徴とする半導体不揮
発性記憶装置の製造方法。 - 【請求項10】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、 この絶縁膜上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、 この非晶質半導体薄膜を単結晶半導体薄膜へ変換する工
程と、 この単結晶半導体薄膜上にゲート絶縁膜を形成する工程
と、 このゲート絶縁膜上に導電性材料を形成し、さらにホト
エッチング処理によりアドレス電極を形成する工程と、 このアドレス電極をマスクとして単結晶半導体薄膜に不
純物を注入し、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不
純物層とを形成する工程と、 第1の高濃度不純物層上にメモリ絶縁膜を形成する工程
と、 このメモリ絶縁膜上に導電性材料を形成し、さらにホト
エッチング処理によりメモリ電極を形成する工程と、 メモリ電極とアドレス電極と第2の高濃度不純物層とに
それぞれ接続する金属配線を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする半導体不揮発性記憶装置の製造方法。 - 【請求項11】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、 この絶縁膜上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、 この非晶質半導体薄膜を単結晶半導体薄膜へ変換する工
程と、 この単結晶半導体薄膜をホトエッチング処理し島状に加
工する工程と、 島状の単結晶半導体薄膜上にゲート絶縁膜を形成する工
程と、 このゲート絶縁膜上に導電性材料を形成し、さらにホト
エッチング処理によりアドレス電極を形成する工程と、 このアドレス電極をマスクとして単結晶半導体薄膜に不
純物を注入し、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不
純物層とを形成する工程と、 第1の高濃度不純物層上にメモリ絶縁膜を形成する工程
と、 このメモリ絶縁膜上に導電性材料を形成し、さらにホト
エッチング処理により第1の高濃度不純物層の上面の一
部のメモリ絶縁膜のみに接する領域を有するようにメモ
リ電極を形成する工程と、 メモリ電極とアドレス電極と第2の高濃度不純物層とに
それぞれ接続する金属配線を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする半導体不揮発性記憶装置の製造方法。 - 【請求項12】 メモリ形成領域のシリコン基板上に選
択的に絶縁膜を形成する工程と、 非晶質シリコン膜を形成する工程と、 この非晶質シリコン膜を熱処理することにより、単結晶
シリコン膜へ変換する工程と、 この単結晶シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成する工程
と、 このゲート絶縁膜上に導電性材料を形成し、さらにホト
エッチング処理によりアドレス電極を形成する工程と、 このアドレス電極をマスクとして単結晶シリコン膜に不
純物を注入し、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不
純物層とを形成する工程と、 第1の高濃度不純物層上にメモリ絶縁膜を形成する工程
と、 このメモリ絶縁膜上に導電性材料を形成し、さらにホト
エッチング処理によりメモリ電極を形成する工程と、 メモリ電極とアドレス電極と第2の高濃度不純物層とに
それぞれ接続する金属配線を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする半導体不揮発性記憶装置の製造方法。 - 【請求項13】 メモリ形成領域のシリコン基板上に選
択的に絶縁膜を形成する工程と、 非晶質シリコン膜を形成する工程と、 この非晶質シリコン膜を熱処理することにより、単結晶
シリコン膜へ変換する工程と、 この単結晶シリコン膜をホトエッチング処理し島状に加
工する工程と、 島状の単結晶シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成する工
程と、 このゲート絶縁膜上に導電性材料を形成し、さらにホト
エッチング処理によりアドレス電極を形成する工程と、 このアドレス電極をマスクとして単結晶シリコン膜に不
純物を注入し、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不
純物層とを形成する工程と、 第1の高濃度不純物層上にメモリ絶縁膜を形成する工程
と、 このメモリ絶縁膜上に導電性材料を形成し、さらにホト
エッチング処理により第1の高濃度不純物層の上面の一
部のメモリ絶縁膜のみに接する領域を有するようにメモ
リ電極を形成する工程と、 メモリ電極とアドレス電極と第2の高濃度不純物層とに
それぞれ接続する金属配線を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする半導体不揮発性記憶装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9292711A JPH10341000A (ja) | 1997-04-11 | 1997-10-24 | 半導体不揮発性記憶装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9-93285 | 1997-04-11 | ||
JP9328597 | 1997-04-11 | ||
JP9292711A JPH10341000A (ja) | 1997-04-11 | 1997-10-24 | 半導体不揮発性記憶装置およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10341000A true JPH10341000A (ja) | 1998-12-22 |
Family
ID=26434689
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9292711A Pending JPH10341000A (ja) | 1997-04-11 | 1997-10-24 | 半導体不揮発性記憶装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10341000A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1229552A1 (en) * | 2001-02-02 | 2002-08-07 | Sony Corporation | One time programmable semiconductor nonvolatile memory device and method for production of same |
JP2007123864A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-05-17 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 記憶装置 |
WO2010032599A1 (en) * | 2008-09-19 | 2010-03-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
WO2010038601A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor memory device |
JP2016076536A (ja) * | 2014-10-03 | 2016-05-12 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
JP2016122773A (ja) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1997
- 1997-10-24 JP JP9292711A patent/JPH10341000A/ja active Pending
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US9735163B2 (en) | 2008-09-19 | 2017-08-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
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US8344435B2 (en) | 2008-09-30 | 2013-01-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor memory device |
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