JPS61183953A - 読み出し専用半導体記憶装置 - Google Patents

読み出し専用半導体記憶装置

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JPS61183953A
JPS61183953A JP60022941A JP2294185A JPS61183953A JP S61183953 A JPS61183953 A JP S61183953A JP 60022941 A JP60022941 A JP 60022941A JP 2294185 A JP2294185 A JP 2294185A JP S61183953 A JPS61183953 A JP S61183953A
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Japan
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electrode
gate electrode
layer
polycrystalline silicon
rom
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Shoji Ariizumi
有泉 昇次
Isao Ogura
庸 小倉
Fujio Masuoka
富士雄 舛岡
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野) 本発明は半導体メモリ装置又は半導体メモリを内蔵した
CPUなどにおけるメモリ素子の構造に関するもので、
特に読み出し専用メモリ(ROM:Read 0nly
 Memory )におけるメモリ素子の構造に関する
ものである。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
一般にROMは、ウェハ製造工程の途中でマスクを用い
て情報が書き込まれるのでマスクプログラムROMと呼
ばれている。このROMにおいて情報の書き込みに広く
採用されている方式として、コンタクト方式、トランジ
スタの有無によって情報を書き込むいわゆるS(ソース
)D(ドレイン)G(ゲート)方式、トランジスタの閾
値値電圧を書き込み情報に応じて異ならせる方式、の3
つがある。他方、メモリセルの回路的構成に基づくNO
R型ROM トN A N D −N OR型ROM 
トイウ方式の別は方も有り、ざらにROM Jfr使用
するシステム側からみると同期型ROMと非同期型RO
Mというような方式の別は方もある。そして高速動作に
適したROMとしてはNOR型ROMが、低速の場合に
はNAND−NOR型ROMがそれぞれ使用されること
が多い。
上記のような方式によるROMの別は方のうち、高速動
作に適したNOR型ROMには、その回路設計の容易さ
、情報履き込みの容易さおよび確実さに加えて、情報の
書き込み工程が全工程の後半にあることから生産対応上
の効果があるコンタクト方式を採用することが多い。
第5図はこのコンタクト方式を採用した従来のROMの
メモリセル部分の構成を示すパターン平面図である。図
において破線で囲んだ領域が1つのメモリセル1であり
、複数のメモリセルが横方向および縦方向に配列されて
いる。1つのメモリセル1は1つのMOSトランジスタ
で構成され、さらにメモリセル1はドレインとなる拡散
領域2、図中横方向に配列されたMOSトランジスタの
共通ソースとなる拡散領域3、横方向に配列されたMO
Sトランジスタの共通ゲート1!極となる多結晶シリコ
ン層により構成されたワード線4および図中縦方向に配
列されたMOSトランジスタのドレイン(拡散領域2)
が書き込み情報に応じてコンタクトホール5を介して選
択的に接続されるアルミニウムにより構成されたデータ
線6からなっている。
第6図は第5図のようなパターンを持つROMの等価回
路図である。コンタクト方式のROMはその名の通り、
ウェハプロセス中のコンタクト形成時に情報を書き込む
ため、コンタクトホール5によるコンタクトの有無が情
報の1″ ll Q I+に対応している。
ところで、第5図のようなパターンを持つ従来のROM
では、メモリセル用MOSトランジスタのドレインとな
る拡散領域2はコンタクトホール5を介してデータ線6
に接続される。ここで拡散領域2はシリコンによって構
成され、使方、データ線6はアルミニウム等の金属で構
成されており、両者の仕事関数が異なっている。仕事関
数が異なる材料同志の接触抵抗を十分に小さくするため
にはコンタクトホール5の面積を大きくとる必要がある
。しかも、基板との短絡を防止するためにコンタクトホ
ール5の周囲と拡散領域2の周囲との間の距離も十分に
取る必要がある。このために、各トレインの拡散領1i
i22の占有面積が広くなって一つのメモリセル1の面
積が広くなり、大きな記憶容量のROM1の場合にはチ
ップ面積が大きくなって価格の上昇をもたらす。
そこで、本発明者は上記従来のROMが持つ欠点を除去
する目的で、第7図のパターン平面図および第8図の断
面図のようなROMを既に発明した。このROMは特願
昭58−75026号の願書に添附された明細書に記載
されているものであり、以下、これについて説明する。
このROMはNチャネルのMOSトランジスタをメモリ
セルとして用いたものであり、第7図中、破線で囲んだ
領域が一つのメモリセル10である。そして複数のメモ
リセルが横方向および縦方向にマトリックス状態に配列
されている。上述した第5図と同様に一つのメモリセル
は一つのMoSトランジスタで構成されている。P型の
シリコン半導体基板11内には各メモリセル10のドレ
インとなるN+型領領域12設けられる。さらに前記基
板11内には、図中、横方向に配列された複数のタモリ
セルの共通ソース領域となるN+型領領域13横方向に
延長して設けられる。また、横方向に配列された複数の
メモリセルにおいて、各N+型領領域2.13間を横切
るように、横方向に配列された複数のメモリセルの共通
ゲート電極となる第11!1目の多結晶シリコンからな
るワード線14が延長して設けられている。さらに各メ
モリセルのドレインとなるN+型領領域12表面は、横
方向に配列された2行分のメモリセル毎に開孔されたコ
ンタクトホール15を介して第2層目の多結晶シリコン
からなる配線層16と接続されており、この配線層16
の端部は前記共通ゲート電極であるワード線14上まで
延在するように設けられている。横方向に配列された複
数のメモリセルには、ドレインであるN+型領領域12
書き込みデータに応じて設けられるコンタクトホール1
7を介して選択的に接続されたアルミニウムからなるデ
ータ線18が共通に設けられる。
第8図は上記第7図のX−X線に沿った一つのメモリセ
ルの断面構造を示す。20は素子分離用のフィールド酸
化膜、21はワード線14の下部に設けられている酸化
膜、22乃至24はそれぞれ酸化膜である。なお、上記
フィールド酸化膜20下部の基板11の表面に反転防止
層25が設けられている。
このような構成のROMは、メモリセル用トランジスタ
のドレインであるN+型頭領112、アルミニウムから
なるデータ線18を直接に接続するのではなく、まず、
N+型領領域12表面の一部にコンタクトホール15を
介して、多結晶シリコンからなる配線層16を接続し、
更に上記配線層16を、書き込みデータに応じて選択的
に設けられたコンタクトホール17を介して、アルミニ
ウムにより構成されたデータ線18と接続するようにし
たものである。N+型領領域12配線層16とは共にシ
リコンを構成材料としているので仕事関数は等価である
。このため、両者間の接触抵抗は接触している面積が狭
くても十分小さくでき、コンタクトホール15のN+型
領領域12上面積を縮小できる。更に、前記コンタクト
ホール15を介してN+型領領域12配線層16とを接
続する際に、フィールド酸化膜20側はセルファライン
構造にでき、〕コンタクトホール5はワード線14側に
のみ適度な距離を保てばよい。従って、N+梨型領域2
自体の面積を十分狭くでき、メモリセルで換算して前述
した第5図のものよりも20〜50%程度縮小される。
他方、互いに仕事関数が異なるアルミニウムからなるデ
ータ線18と多結晶シリコンからなる配線層16との接
続を行なう場合に、耐重[6はワード線14の上方まで
延長されており、その平面距離はN+型頭領1ii!1
2りも十分に長くされている。従って、データ線18と
配線層16との接続部分であるコンタクトホール17の
面積はN+型領領域12面積の大きさにかかわらず十分
広くとることができる。これにより、コンタクトホール
の面積で決定さる接触抵抗の大きさによるトランジスタ
の電圧、電流特性の劣化もなく、高密度化が可能にされ
ている。
このように第7図図示のROMでは、前述した第5図図
示のROMに比較して大幅なセルサイズの縮小が可能で
ある。しかしながら、かかるセルにおいても、更に大容
量化実現のため微細化が進むと、第8図に示すようにコ
ンタクトホール(ベリードコンタクトホール)15の形
成に際してミス・アライメントのための余裕Aと、コン
タクト部の面積を確保する目的で、同様にミス・アライ
メントのための余裕を含んだ距離Bとがセルの大きな部
分を占めることが問題となってくる。マスク・アライメ
ントの精度を上げる事にも限界があるため、この問題を
解決しなければ更に大幅な高密度化は望めない。
〔発明の目的〕
本発明は、データ線を形成する金属配IiI層のコンタ
クトパッドとなる多結晶シリコンの電極層が、セルフ・
アライメント構造でベリードコンタクトを形成すること
ができ、更に大幅な高密度化が可能な読み出し専用半導
体装置を提供しようとするものである。
〔発明の概要〕
本発明は、第1導電型の半導体基板上に設けられ、上下
に絶縁膜が配置されたゲート電極と、前記基板表面に前
記ゲート電極に対し自己整合的に互いに離間して設けら
れた第2導電型の1対の第1半導体領域と、前記ゲート
電極及び上下の絶縁膜の少なくとも一方の側面に設けら
れた絶縁物からなる壁体と、前記基板表面に前記壁体に
対し自己整合的に設けられ、前記第1半導体領域より深
く、かつ高濃度の第2導電型の第2半導体領域と、この
第2半導体領域と接続され、少なくとも一部が前記ゲー
ト電極の上部絶縁膜上に延在した例えば多結晶シリコン
からなる電極層と、青き込み情報に応じて前記電極層と
選択的に接続される配線層とを具漏したことを特徴とす
るものである。かかる本発明によれば、二層電極構造の
コンタクトホール方式は互いの電極がセルファラインコ
ンタクト構造によって高密度に配置されるので、更に高
密度で信頼性の高い読み出し専用記憶装置の実瑛が可能
となる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明をNチャンネルMO8l−ランジスタをメ
モリとして使用するROMのメモリセルに適用した例に
ついて第1図(a)〜(f)及び第2図の製造工程を併
記して詳細に説明する。
まず、例えばP型のシリコン半導体基板31に選択酸化
を施し、フィールド酸化膜32を形成した後、熱酸化に
より酸化膜を形成した。つづいて、全面に例えばCVD
 (Chemical Vaper  Deposit
ion )法により、リンを含有した多結晶シリコン層
を形成した。なお、多結晶シリコン層は、最初に不純物
をドープしていないものを形成し、その後リンをドープ
するようにしてもよい。ひきつづき、多結晶シリコン層
の熱酸化又はCVD法により多結晶シリコン層上の全面
に、厚さ4000人程度0酸化膜を形成した後、写真蝕
刻法により形成されたレジストパターン(図示せず)を
マスクとしてRT E (Reactive I on
  E tching)法によりエツチングを行なうこ
とにより上下に酸化膜33.34が配置された多結晶シ
リコンゲート電極35を形成した。この後、前記多結晶
シリコンゲート電極35及び上下の酸化膜33.34を
マスクにしてN型不純物、例えばリン(又は砒素)のイ
オン注入を行ない、N型の拡散領t*36t、371を
形成した(第1図(a)図示)。
次いで、同図(b)に示すようにCVD法により基板3
1の全面に厚さ5000人程度0低温8102!138
を形成した。この後、RIEの異方向性を利用してSi
O2膜38のエツチングを行ない、ゲート電極35及び
上下の酸化M33.34の両側壁に5iOzからなる壁
体39を形成すると共に、ベリードコンタクトホール4
0を形成したく同図(C)図示)。
次いで、基板31全面に第2の多結晶シリコン層41を
堆積し、例えば低温のリン拡散などにより第2の多結晶
シリコン層41に不純物を拡散しつつ、ベリードコンタ
クトホール40を介して接触する基板31の拡散領域3
61.37tにリンを拡散して該拡散領域361.37
tよりも深い高濃度のN′″型拡散領[362,372
を形成した(同図(d)図示)。これによりN型拡散領
域361及びN+型拡散領域362からなるドレイン領
域42、並びにへ型拡散#4域371及びN+型拡散領
域372からなるソース領域43が夫々形成された。こ
の後、写真蝕刻法により形成されたレジストパターン(
図示せず)をマスクとして第2の多結晶シリコン層41
をパターニングしてMO8型トランジスタのドレイン4
2とベリードコンタクトホール40を通して接続すると
共に、少なくともその一部がゲート!+35の酸化膜3
4上に延在する多結晶シリコンの電極層(コンタク1−
パッド層)441.442を形成した(同図(e)図示
)。
次いで、全面に厚さ10000人程度0CVD−3i 
02膜45を堆積し、写真蝕刻法により形成されたレジ
ストパターン(図示せず)をマスクとして同CvD−8
10211145に、一方のコンタクトパッド層442
の表面に通じるコンタクトホール46をROMデータ(
古き込み情報ンに応じて開孔した後、真空蒸着法等によ
ってアルミニウム層を蒸着し、更に該アルミニウム層を
パターニングしてデータ線47を形成した。この後は全
面に図示しない保護膜を被覆形成して完成する(同図(
f)及び第2図図示)。なお、第2図は第1図(f)の
平面図である。ここで、二点鎖線で囲まれた領域が1つ
のメモリセルである。第1図(f)における右側のメモ
リセルはトランジスタのドレイン領域42にベリードコ
ンタクトホール40を通してコンタクトパッド層442
が接続され、かつ該コンタクトパッド層442がコンタ
クトホール46を通してアルミニウムのデータ線47に
接続されており、左側のメモリセルではコンタクトパッ
ド層441とデータ線47の間にCVD−3i○2膜4
5が残ったままなので、トランジスタのドレイン領域4
2はデータ線47に接続されていない場合を示している
しかして、本発明によれば第1図(f)及び第2図に示
すようにベリードコンタクトホール40がゲート電極部
35に対し、セルフ・アライメントで形成されるので、
前述した従来技術である第8図図示の中のAで示した写
真蝕刻法で発生するマスク・アライメント誤差を補償す
るための距離がほぼ不要となり、しかも同様に素子分離
用のフィールド酸化膜層32に対しマスク・アライメン
ト誤差を補償するための距離を含んだベリードコンタク
ト巾(第8図中のB)もこの補償弁が不要となり、従来
の同セルの半分の面積で済むことになる。従って、この
分だけメモリセルのデータ線方向のセルサイズ縮小化す
ることができ、従来と同−設計基準でかなり大幅な高密
度化が実現される。更に、これを実現するプロセスは従
来技術の延長でよく、装置の信頼性も高くできる。
また、ドレイン、ソース領域42.43は互いにセルフ
・アラインの二重拡散により形成されるので、なだらか
な曲りをもった領域となり、ひいては耐圧の高いMOS
トランジスタ及び低い抵抗値の拡散層配線を有するメモ
リセルを得ることができる。
次に、本発明の他の実施例を第3図(a)〜(e)の製
造工程を参照して詳細に説明する。
まず、例えばP型のシリコン半導体゛基板31に選択酸
化を施し、フィールド酸化膜32を形成した後、熱酸化
により酸化膜を形成した。つづいて、全面に例えばCV
D (Chemical Vaper  Deposi
tion )法により、例えばリンを含有した多結晶シ
リコン層を形成した。ひきつづき、多結晶シリコン層の
熱酸化又はCVD法により多結晶シリコン層上の全面に
、厚さ4000人程度0酸化膜を形成した後、写真蝕刻
法により形成されたレジストパターン(図示せず)をマ
スクとしてRIE(Reactive l on  E
 tching)法によりエツチングを行なうことによ
り上下に酸化膜33.34が配置された多結晶シリコン
ゲート電極35を形成した。この後、前記多結晶シリコ
ンゲート電極35及び上下の酸化膜33.34をマスク
にしてN型不純物、例えばリン(又は砒素)のイオン注
入を行ない、N型の拡散領域361.371を形成した
(第3図(a)図示)。
次いで、同図(b)に示すようにCVD法により基板3
1の全面に厚さ5000人程度0低温5102IllI
38を形成した。ツツイテ、MOSトランジスタのドレ
イン領域側はセルファライで、ソース領域側は以後の工
程で金属配線層と拡散領域のコンタクトホールを形成す
る部分のみを写真蝕刻法により形成したレジストパター
ン(図示せず)をマスクとし、RIEの異方向性を利用
してSiO2膜38のエツチングを行ない、ゲート電極
35及び上下の酸化IIw33.34の片側壁にSiO
2からなる壁体39を形成すると共に、ベリードコンタ
クトホール40を形成すると同時に2つのゲート電極3
5の酸化膜34上に延在し、N型拡散領域371の一部
に対応する箇所にベリードコンタクトホール48が開孔
された3i02模パターン49を形成した(同図(C)
図示)。
次いで、基板31全面に第2の多結晶シリコン層を堆積
し、例えば低温のリン拡散などにより躬2の多結晶シリ
コン層に不純物を拡散しつつ、ベリードコンタクトホー
ル40.48を介して接触する基板31の拡散領域36
1.37+にリンを拡散して該拡散領[36t 、37
sよりも深い高濃度のN+型拡散領域362.372を
形成した。
これによりN型拡散領域361及びN+型拡散領域36
2からなるドレイン領域42、並びにN型拡散領hi!
37を及びN+型拡散領域372からなるソース領域4
3が夫々形成された。この後、写真蝕刻法により形成さ
れたレジストパターン(図示せず)をマス゛りとして第
2の多結晶シリコン筈をパターニングしてMO8型トラ
ンジスタのドレイン42とベリードコンタクトホール4
0を通して接続すると共に、少なくともその一部がゲー
ト電極35の酸化lll34上に延在する多結晶シリコ
ンの電極層(コンタクトパッド層)441.442.1
びにコンタクトホール48を通してソースff1I域4
3と接続する多結晶シリコンからなる電極層443を夫
々形成した(同図(d)図示)。
次いで、全面に厚さ10000人程度0CVD−8i 
02躾45を堆積し、写真蝕刻法により形成されたレジ
ストパターン(図示せず)をマスクとして同CVD−8
i02膜45に一方のコンタクトパッド層442の表面
に通じるコンタクトホール46をROMデータ(書き込
み情報)に応じて開孔した後、真空蒸着法等によってア
ルミニウム層を蒸着し、更に該アルミニウム層をパター
ニングしてデータ線47を形成した。この後は全面に図
示しない保護膜を被覆形成して完成する(同図(e))
。ここで、右側のメモリセルはトランジスタのドレイン
領域42にベリードコンタク1〜ホール40を通してコ
ンタクトパッド層442が接続され、かつ該コンタクト
パッド層442がコンタクトホール46を通してアルミ
ニウムのデータ線47に接続されており、左側のメモリ
セルではコンタクトパッド層441とデータ線47の間
1、:cVD−8i 0211145が残ったままなの
で、トランジスタのドレイン領域42はデータ線47に
接続されていない場合を示している。また、図示してい
ないが、コンタクトパッド層443にもコンタクトホー
ル46と同一の工程でコンタクトホールが形成されてお
り、データ線47とは別のアルミニウムの配線がソース
領域43に接続されている。
このような構成によれば、ソース領1443に対応する
箇所にベリードコンタク1〜ホール48を有するcVD
−8i 02膜パ9−ン49を設け、多結晶シリコン層
のパターニングによりドレイン領[42とベリードコン
タクトホール40を通して接続するコンタクトパッド4
41.442を形成すると共に、ソース領1ii!43
に前記ベリードコンタクトホール48を通して接続する
多結晶シリコンからなる電極層443を形成することに
よって、前述した実施例のように露出するソース領域4
3表面がエツチングされるのを防止できると共に、該電
極M443をソース領[43の外部取出し電極として利
用できる。
また、第4図に示すようにゲート電極35及び上下の酸
化膜33.34の両側面に絶縁物からなる壁体39を形
成すると共に、ベリードコンタクトホール40を形成し
、多結晶シリコン層の堆積、リン等の拡散、同多結晶シ
リコン層のパターニングよりトレイン、ソース領域42
.43とベリードコンタクトホール40を通して接続す
る多結晶シリコンからなる電極層441〜443を形成
した構造にしてもよい。
1 なお、本発明は上記の実施例に限定されるものでは
なく種々の変形が可能である。例えば上記実施例ではメ
モリセル用MOSトランジスタの共通ゲート電極である
ワード線及びコンタクトパッド層が多結晶シリコンによ
って構成される場合について説明したが、これはその他
に例えばモリブデンシリサイドのような高融点金属のシ
リサイドもしくは高融点金属あるいは高融点金属と多結
晶シリコンとの二層膜等を用いてもよく、要するにこの
層は不純物を含有する能力を有する導電性材料で構成す
ればよい。
上記各実施例では、P型半導体基板を用いたNチャネル
のROMに実施した場合について説明したが、これはP
型半導体基板を用いたNウェル0MO3構造のROMあ
るいはN型半導体基板にPウェル領域を形成した0MO
8構造のROM等に実施が可能であることはいうまでも
ない。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く、本発明によればデータ線を形成する
金属配線層のコンタク1〜パツドとなる多結晶シリコン
の電極層が、セルフ・アライメント構造でベリードコン
タクトを形成することができ、更に大幅な高密度化が可
能な読み出し専用半導体装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(f)は本発明に一実施例におけるRO
Mのメモリセルを得るための製造工程を示す断面図、第
2図は第1図(f)の平面図、第3図(a)〜(e)は
本発明の他の実施例におけるROMのメモリセルを得る
ための製造工程を示す断面図、第4図は本発明の更に他
の実施例を示す断面図、第5図は従来のROMのメモリ
セルを示す平面図、第6図は第5のメモリセルの等価回
路図、第7図は本出願人が既に出願したROMのメモリ
セルを示す平面図、第8図は第7図の×−X線に沿う断
面図である。 31・・・P型半導体基板、32・・・フィールド酸化
層、33.34・・・酸化膜、35・・・シリコンゲー
ト電極、361.37+・・・N型拡散領域、362.
372・・・N+型拡散領域、39・・・5102から
なる壁体、40・・・ベリードコンタクトホール、42
・・・ドレイン領域、43・・・ソース領域、441.
442.44s−,442−1443・・・多結晶シリ
コンからなる電極層、46・・・コンタクトホール、4
7.47′・・・アルミニウムからなるデータ線。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 冊 藪

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  第1導電型の半導体基板上に設けられ、上下に絶縁膜
    が配置されたゲート電極と、前記基板表面に前記ゲート
    電極に対し自己整合的に互いに離間して設けられた第2
    導電型の1対の第1半導体領域と、前記ゲート電極及び
    上下の絶縁膜の少なくとも一方の側面に設けられた絶縁
    物からなる壁体と、前記基板表面に前記壁体に対し自己
    整合的に設けられ、前記第1半導体領域より深く、かつ
    高濃度の第2導電型の第2半導体領域と、この第2半導
    体領域と接続され、少なくとも一部が前記ゲート電極の
    上部絶縁膜上に延在した電極層と、書き込み情報に応じ
    て前記電極層と選択的に接続される配線層とを具備した
    ことを特徴とする読み出し専用半導体記憶装置。
JP60022941A 1985-02-08 1985-02-08 読み出し専用半導体記憶装置 Pending JPS61183953A (ja)

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KR1019860000674A KR890004962B1 (ko) 1985-02-08 1986-01-31 반도체장치 및 그 제조방법
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US07/794,660 US5227319A (en) 1985-02-08 1991-11-18 Method of manufacturing a semiconductor device

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