JPS6223149A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPS6223149A
JPS6223149A JP60161852A JP16185285A JPS6223149A JP S6223149 A JPS6223149 A JP S6223149A JP 60161852 A JP60161852 A JP 60161852A JP 16185285 A JP16185285 A JP 16185285A JP S6223149 A JPS6223149 A JP S6223149A
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JP
Japan
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mos transistor
voltage
gate
semiconductor memory
memory device
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JP60161852A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Komori
小森 和宏
Kazuo Yoshizaki
吉崎 和夫
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B20/00Read-only memory [ROM] devices

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Read Only Memory (AREA)

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】 〔技術分野〕 本発明は半導体記憶装置に関し、特に動作時間の短縮化
および素子の微細化を図ったEPROM(Erasab
le Prograrnmable ROM)に関する
ものである。
〔背景技術〕
EPROM等の半導体記憶装置では、多数個のメモリセ
ルを各複数本のワード線、データ線を用いてマトリクス
状に接続し、これらワード線、データ線の中の各1本を
選択することにより画線で交差される番地のメモリセル
を作動することができる。このため、前記ワード線やデ
ータ線には夫々MOSトランジスタからなるスイッチを
介装し、これらスイッチをアドレス回路、デコーダ回路
により選択作動させることによりワード線、データ線の
選択全行ない、データ入力回路を介してメモリセルに情
報を記憶した#)(書込み)、メモリセルに記憶された
情報をセンスアンプで増幅し、出力回路を介してデータ
を出力したり(読出し)している。なお便宜上前記ワー
ド線に介装するスイッチlxスイッチ、データ線に介装
するスイッチをYスイッチと称する。
ところでアドレス回路、デコーダ回路、センスアンプ、
出力回路等のEFROMの読出し回路には、アクセスタ
イムの短縮化を図るために、ゲート絶縁膜が薄く、ゲー
ト長が短いMO8)、7ンジスタが用いられ、書込み回
路には、ゲート絶縁膜が厚くゲート長が長いMO8)、
yンジスタを用いることが提案されている。しかし、従
来のEFROMにあっては、データ線を選択するYスイ
ッチのゲートには、読出し時にはvcc  (5V)、
書き込み時KaVp p  (12,5V ) 2、夫
々、印加して、そのオン・オフ動作させるさせる構成と
しているため、Yスイッチを構成するMO8トランジス
タに書込み電圧Vpp  (12,5V)?印加させる
回路構成を採用している。このため、このMO8トラン
ジスタには高耐圧型のものを使用しなければならず、ゲ
ート長が大きくかつゲート絶縁膜の厚いMO8トランジ
スタを構成している。
しかしながら、ゲート長や絶縁膜厚の増大に伴なってソ
ース・ドレイン拡散層の面積が増大するため寄生抵抗や
寄生容量が増大され、アクセスタイムが犬に汝って動作
速度が低下される。また、ゲート長の増大に伴なってM
O8)ランジスダのレイアウト面積が増大され、特にデ
ータ線の本数に相当する数のMOSトランジスタが必要
とされるために、装置の集積度の点で不利になるという
問題もある。
なお、EPROMについては、例えば、朝食書店、19
81年6月30日発行、集積回路応用ハンドブック、P
379〜381に示されている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は読出し回路に用いられるMOSトランジ
スタおよびデータ線の選択用スイッチとして用いられる
MO8トランジスタの高速動作および微細化を図シ、こ
れによりアクセスタイムの短la尋動作速度の向上を図
シかつレイアウト面積を低減して装置の高集積化を達成
し、かつ書込み時にダメージのない半導体記憶装置を提
供することにるる。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるでろ
ろう。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
全簡単に説明すれば、下記のとおシである。
すなわち、データ線の選択用スイッチを高速動作型のM
O8トランジスタで構成すると共に、このMO8トラン
ジスタの供給電圧回路に高耐圧型のMOSトランジスタ
會介装して前記高速動作型のMO8トランジスタへの供
給電圧を低減する構成とする。これによシ、アクセスタ
イムの短縮化を図って動作速度の向上を図ると共に、多
数個のスイッチ用MO8トランジスタの微細化を図って
高集積化を達成することができる。また前記高速動作型
のMO8トランジスタにはゲート電極として金属または
ポリサイド等の低抵抗の材料を用いることによシ、アク
セスタイムの短縮化を図ることができる。
〔実施例〕
第1図は本発明f、EFROMに適用した実施例の回路
図である。図において、F A M OS (Floa
t−1ng gate Avalanche 1nje
ction MOS )素子からなるメモリセルM’t
−複数本のワード線WL。
データ線DLの交点の夫々に対応してマ) IJクス状
に配置し、いわゆるメモリセルアレイM−ARYを構成
している。
前記ワード線WLの一端とXアドレス・デコーダX−D
CRとの間には、ワード選択用のMOSトランジスタか
らなるXスイッチx−swt−接続している。また、ワ
ード線WLの他端はプルアラ7”抵抗Rp p tjl
 L、テ書込ミ’tH圧Vpp (12,5V )に接
続している。
一方、データ線DLの一端には、メモリセルに情報を書
込むための書込み回路Wと、データ選択用のMO8トラ
ンジスタからなるYスイッチY−SWと全接続している
。また、これらのYスイッチY−8Wのゲート電極には
データ選択線DSLを夫々接続している。各選択線DS
LはMo8)ランジスメからなる第2のYスイッチy−
swを通してYアドレス・デコーダY−DCHに接続し
ている。また、データ選択1DsLの他端では、複数個
のMo8トランジスタQ、〜Q t tt縦列接続して
これtVcc(5V)とvPpO間に分装しており、こ
れらMo3トランジスタQ、〜Q+tの略中間に前記デ
ータ選択線DSLの他端を接続している。これらのMo
8トランジスタQ、〜Q1tは負荷(抵抗)として構成
しておシ、これによシデータ選択線DSLにはVPPと
Vccの中間の電圧、本例ではVcc十α(α=1〜2
V)の電圧に設定している。
一方、データ線DLの他端には、センスアンプSA及び
出力回路DOBが接続されている。X−DCR,Y−D
CR,WKは、図示のように、書込み時高電圧VPPが
印加され、読出し時電源電圧Vccが印加される。した
がって、これらに接続するX−8W、Y−8W、Y−8
W  およびQ。
〜Q1.は高耐圧である必要がある。一方、SA。
DOBは書込み時には動作しない。つまり。高電圧VP
Pは印加されない。本実施例では、例えば、前記センス
アンプSA’に構成するMo8トランジスタとして、第
2図に示す高速動作型のMOSトランジスタQasp 
を採用し、電圧降下用のMOSトランジスタQ・〜Q+
tまたはYスイッチY−3Wには、第3図に示す高耐圧
型のMOSトランジスタQHBDを採用している。
前記第2図の高速動作型のMOSトランジスタQ na
pは、L D D (Lightly Doped D
rain)構造のN型ソース・ドレイン領域41と、ポ
リシリコン42とWSi(タングステンシリサイド)4
3でポリサイド化したゲート44を有している。このゲ
ート長は約1.2μmに設定されている。シリコン酸化
膜からなるゲート絶縁膜45の厚さは約250Aに形成
している。このMOSト7ンジスタQ H3Pによれば
、ゲート絶縁膜45を薄くしたことによりドレイン耐圧
は低くされているが、ゲート44のポリサイド化やゲー
ト長の短縮によってソース・ドレインの拡散層抵抗、容
量が低減され、その動作速度が向上される。また、ゲー
ト長の短縮により、レイアウト面積(平面面積)が低減
され、微細化に有効とされる。
一方、前記第3図のMo8トランジスタQRBDは、同
様にLDD構造のN型ソース・ドレイン領域31と、ポ
リシリコンのゲート32とを有している。ゲート長は約
2μmと長くされる。また、シリコン酸化膜のゲート絶
縁膜33の厚さは400Aと厚くされる。このMOSト
ランジスタ30は、ゲート絶縁膜33を厚く形成してい
るのでドレイン耐圧をトランジスタQ18Pより高いも
のにできる。
以上の構成によれば、センスアンプ5At−構成するM
oSトランジスタQ H4Fに加えられる電圧は電源電
圧Vcc (例えば5V)程度の電圧が印加されるのみ
であり、MOSトランジスタQHspにおけるダメージ
の発生は防止できる。書込み時に高電圧VPPが印加さ
れるMo8)う/ジスタ列Q*=Qt*は、高耐圧のM
o8IIンジスタQHBDにて構成されているのでダメ
ージが生じることはない。
したがって、センスアンプSAを全て第2図のMo8ト
ランジスタQH8Pによって構成すれば、前述の電圧降
下によってダメージの発生を防止できるのはもとより、
ゲート絶縁膜25を薄く形成しかつゲート44をポリサ
イド構造としかつゲート44の長さを短く(最小加工寸
法とほぼ同一)しているので寄生抵抗、容量全低減して
動作の高速化全図9、アクセスタイムの短縮を実現でき
る。
また、ゲート長を短くしたことにより平面面積全低減で
き、特に多数個設けられるセンスアンプSA全体の占め
る面積を大幅に低減して装置の高集積化を達成すること
ができる。
なお、Mo8トランジスタ列Q、〜Qttにはゲート長
の大きなMo3トランジスタQHBDを用いているが、
これは本例のように4個或いはこれに前後する個数でよ
く、装置全体に占める割合は極めて小さいのでこれらに
より高集積化が損なわれることはない。
次に本実施例によるEPROM?その製造プロセスに浴
って説明する。
まず第4図の如く、P型シリコン基板1の一主面側に、
公知の半導体製造技術に従ってN−型ウエル2.素子分
離用のフィールドS10.膜3を所定パターンに形成す
る。図中の4はこのフィールド5ift膜を選択酸化技
術で形成する際に用いる酸化マスク(窒化シリコン)で
ある。フィールドS10.膜3によりて、高耐圧化MO
8FET(第3図のトランジスタQHBD )用の素子
領域A、メモリ用の素子領域B、相補型MO8回路を構
成するNチャネルMO8FET(第2図のトランジスタ
Qnsp)及びPチャネルMO8FET用の素子領域C
及びDが夫々分離される。領域A、 C及びDの素子は
メモリアレイM−ARYの周辺回路を構成する。
次いで第5図の如く、マスク4及び下地の810゜膜5
t−エツチングで除去した後に全面金熱酸化し、厚さ4
00Aと比較的厚いゲート酸化膜6を全素子領域に成長
させる。
次いで第6図の如く、全面にP型不純物、例えばボロン
のイオンビーム7t−75KeVのエネルギ+、  2
 X 10”/ciのドーズ量で照射し、ゲート酸化膜
6全通してボロンをイオン打込みしてその直下にボロン
注入領域8を形成する。このボロン打込みによって、ゲ
ート酸化膜6を用いるMISFETのしきい値電圧は0
.5V程度と低めに制御される。
次いで第7図の如く、CVDによシ全面に形成し不純物
(リン)t−ドープドして低抵抗としたポリシリコン全
エツチングでパターニングし、素子領域A及びBのゲー
ト酸化膜6上に1層目のポリシリコンからなるゲート電
極9.フローティングゲート層10t−夫々形成する。
次いで第8図の如く、ポリシリコン9及び10とフィー
ルドSin!膜3をマスクとしてStO,のエツチング
を行ない、素子領域C及びDのゲート酸化膜6t−完全
に除去する。なお、このとき、領域C及びDの酸化膜6
のみを除去するようにしてもよい。
次いで第9図の如く、全面を熱酸化することによって、
素子領域C及びDに膜厚250Aと比較的薄いゲート酸
化膜11を成長させる。素子領域Aにおいては、ゲート
酸化膜6の両側に膜厚250Aの5iO1膜11が同時
に形成され、かつ各ポリシリコン層9及び110表面に
は厚さ500Aの5IO2膜12が成長する。
次いで第10図の如く、全面にP型不純物、例えばボロ
ンのイオンビーム13 f 30 KaV(7) zネ
ルギー、4×1011/crlのドーズ量で照射し、薄
いSin、膜11′Jfr、通して基板側にボロンをイ
オン打込みする。これによって、素子領域C及びDには
上記したボロン注入領域8と重ねてボロン14が打込ま
れる(二重打込み)ことになり、ボロン濃度が高くなる
。このボロンの二重打込みで、ゲート酸化膜11t−用
いるMISFETのしきい値電圧が0.5V程度と低く
なるように制御する。この低しきい値電圧を得るには、
S10.膜11により打込みボロンが食われる現象を考
慮する必要があるが、StO,膜11下には上記二重打
込みによシボロンが高濃度に打込まれているために、ボ
ロンが食われるのを充分に補償し、充分なボロン濃度に
保持することができる。なお、このイオン打込みは省略
できる。
次いで、基板上全面に、CVDにより多結晶シリコン層
(1500A)’t”形成し、これに不純物(リン)を
導入して低抵抗化する。この後、基板上全面に、CVD
によりタングステンシリサイド層(1500A)t−形
成し、アニールする。タンゲス−テンシリサイド層に代
えて、タングステン。
モリブデン、タンタル、チタン等の高融点金属、または
これらの高融点金属のシリサイド層を用いてもよい。こ
の場合は、スパッタによって形成すればよい。
このポリサイド層を、第11図に示すように、ドライエ
ツチングにより、パターニングして素子領域B、 C,
Dに2層目ポリシリコンのコントロールゲート電極15
,0MO8の各ゲート電極16.17’に夫々形成する
。つまり、ゲート電極15.16及び17はポリシリコ
ン層23とタングステンシリサイド層24とからなるポ
リサイド層である。領域Aにおいては、ポリサイド層は
残存しない。さらに、第11図に示すように、各ゲート
電極15〜17をマスクとして下地のSin。
Mll、12t−エツチングし、更にコントロールゲー
ト電極15下の70−ティングゲート10及びS iO
2膜6全エツチング(重ね切り)する。
次いで第12図の如く、全面を軽く熱酸化してシリコン
及びポリシリコンの表面に薄い(数百へ)のStO,膜
19.20全成長させる。
次いで第13図の如く、公知のイオン打込み技術により
、各ゲート電極をマスクの一部として用いてN型不純物
(例えばリン)全導入しNチャネルMO8FETのソー
ス・ドレイン領域を形成し、この後、P型不純物(例え
ばボロン)1m導入しPチャネルMO8FETのソース
・ドレイン領域全形成する。なお、このとき、領域Bの
不純物濃度を領域A及びCのそれよシ高くすることによ
って、メモリセルへの電荷の注入効率を高めることがで
きる。これによって、素子領域A、  B、  Cにソ
ース又はドレイン領域としてのN 型領域21を形成し
、かつ素子領域りにソース又はドレインの領域としての
P 型拡散領域22全形成する。
次いで第14図の如く、CVDで全面に付着せしめたリ
ンシリケートガラス膜25にフォトエツチングで加工し
て各コンタクトホールを開け、更にスパッタで付着せし
めたアルミニウムをフォトエツチングで加工して上記各
コンタクトホール内に被着された各アルミニウム配線2
6を形成する。
以上のプロセスによって、次の4種類のMISFETを
有するCMO8型O8ROMが作成される。
QHBD : 400Aと比較的厚いゲート酸化膜6を
有し、熱処理(酸化膜12の形成工程)に耐えられるポ
リシリコン全ゲート電極とし、かつチャネル部に低濃度
のボロンがドープされた高耐圧、低しきい値電圧(0,
5V)のNチャネルMISFET、これはトランジスタ
Q、〜Q+z等を構成する。
Q M : 400λと比較的厚いゲート酸化膜に有し
、70−ティングゲート10及び高速化のために高融点
金属を少なくともその一部に用いたコントロールゲート
15を有する2層ゲート構造の低しきい値メモリ素子。
この素子のソース・ドレイン領域の不純物濃度を、他の
NチャネルMO8FETそれより高くすることによって
、電荷の70−ティングゲートへの注入効率を高くして
もよい。
QH8P : 2 s OAと比較的薄いゲート酸化膜
11を有し、チャネル部にボロンが高濃度にドープされ
、高速の要求されるy−sw等を構成しまfcMo S
 F E T Qpと高速のCMO8’に構成するNチ
ャネルMO8FET0 QP:250Aと比較的薄いゲート酸化膜11を有し、
チャネル部にボロンが高濃度にドープされJQIISP
と高速のCMO8i構成する低しきい値電圧のPチャネ
ルMOS F E T。
上記した如く、本実施例によれば、1層目ポリシリコン
をゲートとし、比較的厚いゲート酸化膜を有し、チャネ
ル部に低濃度のボロンがドープされたQHBDは、高耐
圧を示すものとなる。これは、ゲート酸化膜全選択的に
厚くすると同時に、ボロンのイオン打込み全一度だけ行
なっているために再現性良く実現できる。他方、2層目
ポリサイドをゲートとし、比較的薄いゲート酸化膜を有
するQH8Pによって、高速のスイッチまたはCM O
Sを作成することができる。これは、ゲート酸化膜を選
択的に薄くし、かつボロンのイオン打込み全2度重ねて
行なうからである。
このように、各種のMOSの製造はマスクの追加なしに
簡略に行なえる。
なお、上記の例においては、各MO8のゲート酸化膜の
膜厚は上記に限られることはなく、様々に変化させてよ
い。また、上記の各半導体領域の導電型を逆タイプに変
換してもよい。更に、本発明はEPROM以外にも、高
耐圧、低しきい値電圧、高速の各能性を有するMOSF
ETからなるIC一般に適用可能である。
〔効果〕
(1)ゲート絶縁膜が薄くかつゲート長の小さい高連動
作製のMOSトランジスタを形成できるので、動作の高
速化を図ってアクセスタイムの短縮化を達成できる。
(2)データ線の選択用スイッチに供給する電圧回路に
高耐圧型のMOSトランジスタを介装して供給電圧を降
圧しているので、データ線選択用スイッチのダメージを
防止できる。勿論降圧用のMOSトランジスタ自身にダ
メージが生じることもない。
(3)センセアンプSAをゲート長の短かいMOSトラ
ンジスタで構成しているので、これらのスイッチの占め
る平面面積の低減を図り、装置の高集積化を達成できる
以上本発明者によってなされた発明全実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。
たとえば、第2図および第3図に示した高速動作置およ
び高耐圧型の各MO3トランジスタの構成や寸法は適宜
変更できる。また、供給電圧全降圧するための回路構成
も種々に変更することができる。
〔利用分野〕
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となりた利用分野であるFAMO8構造のE
PROMに適用した場合について説明したが、それに限
定されるものではなく、他の構成のメモリセルのEPR
OMはもとより、メモリセル選択用スイッチ金有する半
導体記憶装置の全てに適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の全体回路図、第2図は高速
動作型MO8トランジスタの断面図・ 第3図は高耐圧型MOSトランジスタの断面図、第4図
乃至第14図は本発明の半導体装置の製造工程の一例を
工程順に示す断面図である。 X−5W・・・Xスイッチ、X−DCR・・・Xアドレ
ス・デコーダ、y−sw・・・Yスイッチ、SA・・・
センスアンプ、DOB・・・出力回路、y−sw  ・
・・第2のYスイッチ、Y−DCR・・・Xアドレス・
デコーダ、Q、〜Q1ffi・・・降圧用MO8トラン
ジスタ、QH8F・・・高速動作型MO3トランジスタ
、QH!LD・・・高耐圧型MO8トランジスタ、M・
・・メモリセル、WL・・・ワード線、DL・・・デー
タ線、6,33・・・厚いゲート絶縁膜、11.45・
・・薄いゲート絶縁膜、9.10.32・・・ポリシリ
コンゲート電極、15゜16.17,44・・・ポリサ
イドゲート電極。 第   1  図 第  2  図 第  3  図 第  4  図 第  7  M 第  81 第  9  図 第1O図 7ン 第  12 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、高速動作型のMOSトランジスタと高耐圧型のMO
    Sトランジスタを備えて成る半導体記憶装置であって、
    メモリセル列のデータ線の選択用スイッチを高速動作型
    のMOSトランジスタで構成すると共に、このMOSト
    ランジスタの、供給電圧回路内に高耐圧型のMOSトラ
    ンジスタを介装して前記スイッチ用のMOSトランジス
    タへの供給電圧を降圧し得るように構成したことを特徴
    とする半導体記憶装置。 2、ゲート電極として、金属あるいは金属シリサイド、
    又はポリシリコンと金属あるいは金属シリサイドの重ね
    膜を用いた高速動作型のMOSトランジスタゲート電極
    として、ポリシリコンを用いた高耐圧型のMOSトラン
    ジスタとを備えて成る半導体記憶装置。 3、高速動作型のMOSトランジスタはゲート長および
    ゲート絶縁膜の厚さを高耐圧型のMOSトランジスタよ
    り夫々小さくしてなる特許請求の範囲第2項記載の半導
    体記憶装置。
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