[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2853845B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

Info

Publication number
JP2853845B2
JP2853845B2 JP5076011A JP7601193A JP2853845B2 JP 2853845 B2 JP2853845 B2 JP 2853845B2 JP 5076011 A JP5076011 A JP 5076011A JP 7601193 A JP7601193 A JP 7601193A JP 2853845 B2 JP2853845 B2 JP 2853845B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
semiconductor device
gate electrode
gate
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP5076011A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06291284A (en
Inventor
仁志 青木
和典 佐嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Original Assignee
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC filed Critical Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority to JP5076011A priority Critical patent/JP2853845B2/en
Publication of JPH06291284A publication Critical patent/JPH06291284A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2853845B2 publication Critical patent/JP2853845B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/56Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency
    • G11C11/5692Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency read-only digital stores using storage elements with more than two stable states
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/56Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Dram (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

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、多値出力レベルを得る
ことができるMOS(金属−酸化物−半導体)型マスク
ROM(読み出し専用記憶装置)を備えた半導体装置お
よびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device provided with a MOS (metal-oxide-semiconductor) type mask ROM (read only memory) capable of obtaining a multi-value output level and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在製品化されているMOS型マスクR
OMは、そのほとんどが、1個のメモリーセルに2値の
情報を記憶させるものである。
2. Description of the Related Art MOS type masks R which are currently commercialized
Most OMs store binary information in one memory cell.

【0003】このROMの大容量化およびチップ面積の
縮小化を実現するためには、1つのメモリーセルに、よ
り多値の情報を記憶させることが有効である。例えば、
特開昭59−148360号公報および特開昭61−2
63263号公報には、メモリーセルを構成する複数の
トランジスタのチャンネル領域に不純物イオンを注入し
て、実効チャンネル幅を相違させることにより、多値出
力レベルを得る方法が開示されている。図5に、この方
法により得られる半導体装置の一例を示す。この図にお
いて、Wfはチャンネル幅を示し、W1〜W2は実効チャ
ンネル幅を示し、網み掛け部は不純物注入領域を示す。
メモリーセルを構成する各トランジスタは、チャンネル
幅の全領域に不純物イオン注入を行うもの(Tr4)、
2/3領域に不純物イオン注入を行うもの(Tr3)、
1/3領域に不純物イオン注入を行うもの(Tr2)、
および不純物イオン注入を行わないもの(Tr1)の4
つの状態に分けられている。不純物イオンを注入するこ
とによりトランジスタの閾値電圧が電源電圧以上に高く
なるので、不純物注入領域はチャンネルとしての機能を
有さない。よって、実効チャンネル幅が各トランジスタ
により異なり、各トランジスタの駆動能力の違いによる
4値の出力レベルを選択できる。従って、この半導体装
置は2ビットの情報を記憶することができる。
In order to increase the capacity of the ROM and reduce the chip area, it is effective to store multi-valued information in one memory cell. For example,
JP-A-59-148360 and JP-A-61-2
No. 63263 discloses a method of obtaining a multi-level output level by implanting impurity ions into channel regions of a plurality of transistors constituting a memory cell to make the effective channel width different. FIG. 5 shows an example of a semiconductor device obtained by this method. In this figure, Wf indicates a channel width, W1 to W2 indicate an effective channel width, and a shaded portion indicates an impurity implanted region.
Each transistor constituting the memory cell is configured to perform impurity ion implantation in the entire channel width region (Tr4),
Impurity ion implantation into 2/3 regions (Tr3),
Impurity ion implantation into 1/3 region (Tr2),
And 4 without impurity ion implantation (Tr1)
Are divided into two states. By implanting impurity ions, the threshold voltage of the transistor becomes higher than the power supply voltage, so that the impurity implanted region does not have a function as a channel. Therefore, the effective channel width differs for each transistor, and a quaternary output level can be selected depending on the difference in the driving capability of each transistor. Therefore, this semiconductor device can store 2-bit information.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法では、
実効チャンネル幅をチャンネル領域への不純物イオン注
入により変化させている。このため、最小の不純物イオ
ン注入領域(例えばチャンネル幅の1/3領域)を最小
解像寸法で形成しても、チャンネル幅はその3倍程度必
要である。メモリーセルのサイズは、最小の寸法で形成
した場合の約2倍となるので、メモリーセルに2ビット
の多値情報を記憶させても、大容量化・チップ面積の縮
小化の効果が小さくなる。
In the above conventional method,
The effective channel width is changed by implanting impurity ions into the channel region. For this reason, even if the minimum impurity ion implantation region (for example, a region of の of the channel width) is formed with the minimum resolution, the channel width is required to be about three times as large. Since the size of the memory cell is about twice as large as that in the case where the memory cell is formed with the minimum size, even if 2-bit multi-valued information is stored in the memory cell, the effect of increasing the capacity and reducing the chip area is reduced. .

【0005】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、2つのトランジスタを並列に接続して
1つのメモリーセルを構成することにより、多値メモリ
ーセルを実現し、大容量化・チップ面積の縮小化を図る
ことができる半導体装置およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and realizes a multi-valued memory cell by connecting two transistors in parallel to form one memory cell, thereby increasing the capacity. -It is an object to provide a semiconductor device capable of reducing a chip area and a method for manufacturing the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
MOS型マスクROMのメモリーセルがトランジスタか
ら構成され、該トランジスタの駆動能力を相違させて多
値出力レベルを得る方式の半導体装置であって、該メモ
リーセルが、半導体基板表層にチャンネル領域を有する
第1トランジスタと、該第1トランジスタの上に、該第
1トランジスタとゲート電極を共有して積層形成された
薄膜トランジスタからなる第2トランジスタとの並列回
からなる半導体装置において、半導体基板表層に、前
記第1トランジスタのソース領域またはドレイン領域と
なる複数の第1配線が並設され、該第1配線の上に、第
1のゲート絶縁膜を間に介して該第1配線に交差して複
数のゲート電極が配置され、該ゲート電極の該第1配線
と反対側に、第2のゲート絶縁膜を間に介して該ゲート
電極に交差して、前記第2トランジスタのソース領域ま
たはドレイン領域となる複数の第2配線が並設されて、
前記第1トランジスタのチャンネル領域の上方が、前記
第2配線の間に形成される前記第2トランジスタのチャ
ンネル領域となっており、そのことにより上記目的が達
成される。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
A semiconductor device in which a memory cell of a MOS type mask ROM is composed of a transistor and obtains a multi-level output level by differentiating the driving capability of the transistor, wherein the memory cell has a channel region on a surface layer of a semiconductor substrate. In a semiconductor device including a parallel circuit of one transistor and a second transistor including a thin film transistor stacked and formed on the first transistor so as to share a gate electrode with the first transistor, the semiconductor device may include a first transistor and a second transistor.
A source region or a drain region of the first transistor;
Are arranged in parallel, and the first wiring
The first wiring intersects the first wiring with one gate insulating film interposed therebetween.
A number of gate electrodes, and the first wiring of the gate electrodes
On the opposite side to the gate via a second gate insulating film
Intersecting the electrode and extending to the source region of the second transistor.
Or a plurality of second wirings serving as drain regions are juxtaposed,
Above the channel region of the first transistor,
A channel of the second transistor formed between the second wirings;
Has a tunnel area, the objects can be achieved.

【0007】前記第2トランジスタが、そのソース・ド
レイン領域を間に挟んで前記ゲート電極と反対側に第2
のゲート電極を有し、かつ第1ゲート電極と第2ゲート
電極とが電気的に接続されたダブルゲート構造となって
いてもよい。
[0007] The second transistor has its source
A second region on the opposite side to the gate electrode with the rain region
A first gate electrode and a second gate
A double gate structure in which electrodes are electrically connected may be employed .

【0008】本発明の半導体装置の製造方法は、前記第
1トランジスタの上に、薄膜トランジスタからなる前記
第2トランジスタが、前記第1トランジスタと並列接続
された半導体基板を作成する工程と、該半導体基板に対
して、前記第1トランジスタのチャンネル領域に不純物
イオンを高エネルギーで注入し、前記第2トランジスタ
のチャンネル領域に不純物イオンを低エネルギーで注入
して、各トランジスタにデータを書き込む工程とを有
し、そのことにより上記目的が達成される。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
A thin film transistor on one transistor
A second transistor is connected in parallel with the first transistor
Forming a semiconductor substrate that has been fabricated,
Then, impurities are added to the channel region of the first transistor.
Ions are implanted with high energy and the second transistor
Impurity ions are implanted at low energy into the channel region of
And writing data to each transistor.
Thus, the above object is achieved.

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【作用】本発明においては、半導体基板表層にチャンネ
ル領域を有する第1トランジスタの上に、薄膜トランジ
スタからなる第2トランジスタが形成され、2つのトラ
ンジスタの並列回路からメモリーセルが構成されてい
る。薄膜トランジスタの駆動能力は、同一寸法(チャン
ネル幅およびチャンネル長さ)で形成した場合、半導体
基板表層にチャンネル領域を有する第1トランジスタよ
りも低いので、異なった駆動能力のトランジスタが得ら
れる。
According to the present invention, a second transistor composed of a thin film transistor is formed on a first transistor having a channel region in a surface layer of a semiconductor substrate, and a memory cell is constituted by a parallel circuit of two transistors. When the driving capability of the thin film transistor is formed with the same dimensions (channel width and channel length), the driving capability of the thin film transistor is lower than that of the first transistor having the channel region on the surface layer of the semiconductor substrate.

【0013】第1トランジスタおよび第2トランジスタ
のチャンネル領域に不純物イオンを注入することによ
り、各トランジスタの閾値電圧を変化させて導通/非導
通状態を変化させることができる。この不純物イオン注
入を高エネルギーで行うことにより、第2トランジスタ
の下に形成されている第1トランジスタのチャンネル領
域に不純物イオン注入が行われ得、低エネルギーで行う
ことにより、第1トランジスタの上に形成されている第
2トランジスタのチャンネル領域に不純物イオン注入が
行われ得る。
By implanting impurity ions into the channel regions of the first transistor and the second transistor, the conduction / non-conduction state can be changed by changing the threshold voltage of each transistor. By performing the impurity ion implantation at high energy, impurity ion implantation can be performed at the channel region of the first transistor formed below the second transistor. Impurity ion implantation may be performed on the channel region of the formed second transistor.

【0014】第1トランジスタおよび第2トランジスタ
のチャンネル領域に、イオン注入を選択的に行うことに
より、閾値電圧の異なる2種類の第1トランジスタと、
閾値電圧の異なる2種類の第2トランジスタを形成し
て、メモリーセルの駆動能力を4つの状態とすることが
できる。
By selectively performing ion implantation on the channel regions of the first transistor and the second transistor, two types of first transistors having different threshold voltages can be obtained.
By forming two types of second transistors having different threshold voltages, the driving capability of the memory cell can be set to four states.

【0015】このメモリーセルは、薄膜トランジスタか
らなる第2トランジスタが第1トランジスタの上に形成
されているので、寸法を小さくすることができる。
The size of the memory cell can be reduced because the second transistor including the thin film transistor is formed on the first transistor.

【0016】第1トランジスタのゲート電極は、薄膜ト
ランジスタのゲート電極と同一の層として形成すること
ができる。この場合、回路やメモリーセル構造を簡単に
することができる。
The gate electrode of the first transistor can be formed as the same layer as the gate electrode of the thin film transistor. In this case, the circuit and the memory cell structure can be simplified.

【0017】第2トランジスタを、第1トランジスタと
共有のゲート電極と、第2ゲート電極とのダブルゲート
構造とした場合には、第2トランジスタのON−OFF
比を大きくすることができる。
When the second transistor has a double gate structure of a gate electrode shared with the first transistor and a second gate electrode, ON-OFF of the second transistor is performed.
The ratio can be increased.

【0018】第1トランジスタのチャンネル領域の上方
を、第2トランジスタのチャンネル領域とすることもで
きる。このようにすると、第2トランジスタのソース・
ドレイン領域の配線抵抗を低くすることができる。
The region above the channel region of the first transistor may be the channel region of the second transistor. In this case, the source of the second transistor
The wiring resistance of the drain region can be reduced.

【0019】第1トランジスタおよび第2トランジスタ
は、同一の導電型とすることができる。例えば、一方が
n−チャンネルMOSである場合には他方もnチャンネ
ル−MOSとし、一方がp−チャンネルMOSである場
合には他方もp−チャンネルMOSとする。このように
すると、第1トランジスタのON/OFFと第2トラン
ジスタのON/OFFとを独立に制御して、多値ROM
として4つの状態を得ることができる。
The first and second transistors can be of the same conductivity type. For example, if one is an n-channel MOS, the other is also an n-channel MOS, and if one is a p-channel MOS, the other is also a p-channel MOS. By doing so, the ON / OFF of the first transistor and the ON / OFF of the second transistor are independently controlled, and the multi-value ROM
As a result, four states can be obtained.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】図3(a)は、本発明の一実施例である半
導体装置を示す図である。この半導体装置は、メモリー
セルを構成する第1トランジスタの上に、ゲート電極4
を共有して薄膜トランジスタ(第2トランジスタ)が形
成され、第1トランジスタと薄膜トランジスタとが並列
接続されている。
FIG. 3A is a diagram showing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. In this semiconductor device, a gate electrode 4 is provided on a first transistor constituting a memory cell.
, A thin film transistor (second transistor) is formed, and the first transistor and the thin film transistor are connected in parallel.

【0022】図1に、この半導体装置のメモリーセルの
構成を示す。図1(a)は平面図を、図1(b)は等価
回路を示し、また、図1(c)は図1(a)のA−A’
線断面図を、図1(d)は図1(a)のB−B’線断面
図を、図1(e)は図1(a)のC−C’線断面図を、
図1(f)は図1(a)のD−D’線断面図を示す。
尚、これらの図は、いずれもデータ書き込み前の状態を
示している。
FIG. 1 shows a configuration of a memory cell of the semiconductor device. 1A shows a plan view, FIG. 1B shows an equivalent circuit, and FIG. 1C shows AA ′ in FIG. 1A.
1 (d) is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 1 (a), FIG. 1 (e) is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 1 (a),
FIG. 1F is a cross-sectional view taken along the line DD ′ of FIG.
Each of these figures shows a state before data writing.

【0023】このメモリーセルは、第1トランジスタと
薄膜トランジスタからなる第2トランジスタとの並列回
路からなっている。半導体基板1の表層部分には、帯状
のソース・ドレイン領域2が、互いに平行に複数配設さ
れている。このソース・ドレイン領域2は、第1トラン
ジスタのソース・ドレイン領域である。その上に、第1
ゲート絶縁膜(酸化膜)3を間に介してソース・ドレイ
ン領域2と交差する状態で、帯状のゲート電極4が所定
間隔で複数配置されている。このゲート電極4は、第1
トランジスタおよび薄膜トランジスタに、ゲート電極と
して共有されている。そして、ゲート電極4の下の基板
表層部分は、第1トランジスタのチャンネル領域となっ
ている。その上に第2のゲート絶縁膜5が形成され、さ
らに第2トランジスタのチャンネル領域およびソース・
ドレイン領域7aとなる多結晶シリコン膜7が形成され
ている。そして、第2絶縁膜5に形成されたコンタクト
ホール6により、第1トランジスタのソース・ドレイン
領域2と第2トランジスタのソース・ドレイン領域7a
とが接続された構成となっている。
This memory cell comprises a parallel circuit of a first transistor and a second transistor comprising a thin film transistor. A plurality of strip-shaped source / drain regions 2 are provided in the surface portion of the semiconductor substrate 1 in parallel with each other. This source / drain region 2 is a source / drain region of the first transistor. On top of that, the first
A plurality of strip-shaped gate electrodes 4 are arranged at predetermined intervals so as to cross the source / drain regions 2 with a gate insulating film (oxide film) 3 interposed therebetween. This gate electrode 4 has a first
The transistor and the thin film transistor are shared as a gate electrode. The substrate surface layer below the gate electrode 4 is a channel region of the first transistor. A second gate insulating film 5 is formed thereon, and a channel region and a source region of the second transistor are formed.
A polycrystalline silicon film 7 serving as a drain region 7a is formed. Then, the source / drain region 2 of the first transistor and the source / drain region 7a of the second transistor are formed by the contact hole 6 formed in the second insulating film 5.
And are connected.

【0024】以下に、上記半導体装置の製造について説
明する。
Hereinafter, the manufacture of the semiconductor device will be described.

【0025】まず、第1導電型の半導体基板1の表層部
分に、帯状の第2導電型のソース・ドレイン領域2を、
互いに平行になるように複数配設する。
First, a band-shaped source / drain region 2 of a second conductivity type is formed on a surface layer portion of a semiconductor substrate 1 of a first conductivity type.
A plurality are arranged so as to be parallel to each other.

【0026】次に、第1ゲート絶縁膜3を間に介してソ
ース・ドレイン領域2と交差する状態で、帯状のゲート
電極4を所定間隔で複数配置する。
Next, a plurality of strip-shaped gate electrodes 4 are arranged at predetermined intervals so as to intersect the source / drain regions 2 with the first gate insulating film 3 interposed therebetween.

【0027】その後、第1トランジスタの素子分離を行
うため、メモリーセル部の基板1表面に、ゲート電極4
をマスクとして自己整合的に第1導電型の不純物イオン
注入を行う。その状態の基板1を覆うように第2ゲート
絶縁膜5を形成する。
Thereafter, in order to perform element isolation of the first transistor, a gate electrode 4 is formed on the surface of the substrate 1 in the memory cell portion.
Is used as a mask to implant impurity ions of the first conductivity type in a self-aligned manner. The second gate insulating film 5 is formed so as to cover the substrate 1 in that state.

【0028】次に、第2ゲート絶縁膜5のソース・ドレ
イン領域2上部分に、フォトリソグラフィーおよびドラ
イエッチングにより、第1トランジスタと第2トランジ
スタとの接続部となるコンタクトホール6を形成する。
そして、この状態の基板1を覆うように、多結晶シリコ
ン膜7を積層する。この多結晶シリコン膜7の形成方法
としては、多結晶シリコンを積層する方法やアモルファ
スシリコンを積層して固相成長法により多結晶化する方
法などがある。
Next, a contact hole 6 serving as a connection portion between the first transistor and the second transistor is formed on the source / drain region 2 of the second gate insulating film 5 by photolithography and dry etching.
Then, a polycrystalline silicon film 7 is laminated so as to cover the substrate 1 in this state. As a method of forming the polycrystalline silicon film 7, there is a method of laminating polycrystalline silicon or a method of laminating amorphous silicon and polycrystallizing it by a solid phase growth method.

【0029】次に、ウェハー全面に、第2トランジスタ
のしきい値制御用の不純物イオン注入を行い、さらに、
ゲート電極4上以外の多結晶シリコン膜7部分に、第2
トランジスタの素子分離を行うために第1導電型の不純
物イオン注入を行う。
Next, impurity ions for controlling the threshold value of the second transistor are implanted into the entire surface of the wafer.
The second portion of the polycrystalline silicon film 7 except on the gate electrode 4
Impurity ion implantation of the first conductivity type is performed to perform element isolation of the transistor.

【0030】尚、後工程で多結晶シリコン膜7のパター
ニングを行う際に、チャンネル領域およびソース・ドレ
イン領域以外の領域をエッチング除去することにより、
上記フォトリソグラフィー工程および素子分離のための
イオン注入工程を省略することができる。
When patterning the polycrystalline silicon film 7 in a later step, regions other than the channel region and the source / drain regions are removed by etching.
The photolithography step and the ion implantation step for element isolation can be omitted.

【0031】続いて、多結晶シリコン膜の7a部分に第
2導電型の不純物イオンを注入して、第2トランジスタ
のソース・ドレイン領域7aを形成する。この3種類の
イオン注入は、第1トランジスタの特性に影響を与えな
いような注入条件で行う。
Subsequently, impurity ions of the second conductivity type are implanted into the portion 7a of the polycrystalline silicon film to form source / drain regions 7a of the second transistor. These three types of ion implantation are performed under implantation conditions that do not affect the characteristics of the first transistor.

【0032】以上により、図1に示すような第1のトラ
ンジスタおよび第2トランジスタの並列回路が形成され
る。
As described above, a parallel circuit of the first transistor and the second transistor as shown in FIG. 1 is formed.

【0033】次に、この第1トランジスタおよび第2ト
ランジスタに、ROMデータの書き込みのための不純物
イオン注入を行う。尚、この不純物イオン注入は、第1
トランジスタ形成後(自己整合的に第1導電型の不純物
イオン注入を行った後)と、第2トランジスタ形成後と
に分けて行ってもよいが、ここでは、第2トランジスタ
の形成後に連続して行う方法を説明する。このように第
2トランジスタの形成後に行う方が、ROMデータの書
き込みからウェハーが完成するまでの工程が短く、マス
クROMの納期を短縮するために有利である。
Next, impurity ions for writing ROM data are implanted into the first transistor and the second transistor. This impurity ion implantation is performed in the first step.
After the transistor is formed (after the impurity ions of the first conductivity type are implanted in a self-aligned manner) and after the second transistor is formed, the steps may be performed separately. A method for performing this will be described. Performing the process after the formation of the second transistor is advantageous in that the process from writing of the ROM data to completion of the wafer is short, and the delivery time of the mask ROM is shortened.

【0034】図2(a)は、薄膜トランジスタからなる
第2トランジスタへのROMデータ書き込み工程を示
し、図2(b)は、第1トランジスタへのROMデータ
書き込み工程を示す。
FIG. 2A shows a process of writing ROM data to a second transistor formed of a thin film transistor, and FIG. 2B shows a process of writing ROM data to a first transistor.

【0035】ここで、不純物イオンとしては、例えばB
+イオンを用いることができる。薄膜トランジスタへの
不純物イオン注入9は15〜50keV程度の低エネル
ギーで行い、第1トランジスタへの不純物イオン注入1
1は、180〜400keV程度の高エネルギーで行
う。この注入エネルギーは、ゲート電極4および多結晶
シリコン膜7の膜厚等により異なるが、各トランジスタ
のチャンネル領域の不純物濃度が確実に高くなるよう
に、最適な注入条件を選ぶ必要がある。また、注入を選
択的に行うために、注入を行わない部分には、レジスト
マスク8、10を形成する。以上により、チャンネル領
域に不純物注入を行ったトランジスタの閾値電圧は、不
純物注入を行わなかったトランジスタの閾値電圧よりも
高くなって、同一の電圧で駆動した場合に図2(b)の
下に示すような種々のON/OFF状態が得られる。
Here, as the impurity ions, for example, B
+ Ions can be used. The impurity ion implantation 9 into the thin film transistor is performed at a low energy of about 15 to 50 keV, and the impurity ion implantation 1 into the first transistor is performed.
1 is performed at a high energy of about 180 to 400 keV. The implantation energy varies depending on the thickness of the gate electrode 4 and the polycrystalline silicon film 7 and the like, but it is necessary to select optimal implantation conditions so that the impurity concentration in the channel region of each transistor is reliably increased. In order to selectively perform implantation, resist masks 8 and 10 are formed in portions where implantation is not performed. As described above, the threshold voltage of the transistor in which the impurity is implanted into the channel region is higher than the threshold voltage of the transistor in which the impurity is not implanted, and the lower part of FIG. Such various ON / OFF states can be obtained.

【0036】さらに、層間絶縁膜12、金属配線13お
よび保護膜14を形成して、図3(a)に示すような半
導体装置が得られる。
Further, an interlayer insulating film 12, a metal wiring 13 and a protective film 14 are formed to obtain a semiconductor device as shown in FIG.

【0037】得られた半導体装置は、ROMデータに対
応して第1トランジスタおよび第2トランジスタのチャ
ンネル領域に不純物イオンが選択的に注入されており、
各トランジスタのON/OFF状態が変化させられてい
る。表1に、メモリーセルを構成する第1トランジスタ
と薄膜トランジスタとのON/OFF状態の組み合わせ
を示す。
In the obtained semiconductor device, impurity ions are selectively implanted into channel regions of the first transistor and the second transistor in accordance with the ROM data.
The ON / OFF state of each transistor is changed. Table 1 shows combinations of ON / OFF states of the first transistor and the thin film transistor which constitute the memory cell.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】この半導体装置において、薄膜トランジス
タからなる第2トランジスタの実効チャンネル幅と、第
1トランジスタの実効チャンネル幅とが、ほぼ同じに形
成されているので、第2トランジスタは、第1トランジ
スタよりも駆動能力が小さくなる。このため、メモリー
セルの駆動能力が<<<となり、4つの出力レ
ベルの半導体装置が得られる。
In this semiconductor device, since the effective channel width of the second transistor formed of a thin film transistor and the effective channel width of the first transistor are substantially the same, the second transistor is driven more than the first transistor. Ability decreases. Therefore, the driving capability of the memory cell is <<>>, and a semiconductor device having four output levels can be obtained.

【0040】また、薄膜トランジスタからなる第2トラ
ンジスタは、第1トランジスタの上に形成されているの
で、半導体装置の寸法を小さくすることができる。
Further, since the second transistor including the thin film transistor is formed on the first transistor, the size of the semiconductor device can be reduced.

【0041】本発明の半導体装置は、図3(a)に示す
ような構成のみでなく、図3(b)に示すような構成と
することもできる。この半導体装置は、多結晶シリコン
半導体層7の上に、第3のゲート絶縁膜15および第2
ゲート電極16が形成されており、第2トランジスタ
が、第1ゲート電極4と第2ゲート電極16とのダブル
ゲート構造となっている。このような構成とすることに
より、第2トランジスタのON−OFF比を大きくする
ことができ、メモリーセル特性を向上させることができ
る。この半導体装置の製造は、層間絶縁膜12の形成前
に、第3のゲート絶縁膜15および第2ゲート電極16
を形成することにより、上記と同様に行うことができ
る。
The semiconductor device of the present invention can have not only the configuration shown in FIG. 3A but also the configuration shown in FIG. This semiconductor device includes a third gate insulating film 15 and a second
The gate electrode 16 is formed, and the second transistor has a double gate structure of the first gate electrode 4 and the second gate electrode 16. With such a structure, the ON-OFF ratio of the second transistor can be increased, and the memory cell characteristics can be improved. This semiconductor device is manufactured by forming the third gate insulating film 15 and the second gate electrode 16 before forming the interlayer insulating film 12.
Can be performed in the same manner as described above.

【0042】さらに、図3(c)に示すように、ゲート
電極4が、ソース・ドレイン領域2に交差する状態では
なく、ソース・ドレイン領域2の間のチャンネル領域に
対向して設けられている構成とすることもできる。この
半導体装置の製造においては、ゲート電極4の形成後
に、基板1表層に不純物イオン注入を行ってソース・ド
レイン領域2を形成することができる。
Further, as shown in FIG. 3C, the gate electrode 4 is provided not to cross the source / drain region 2 but to face the channel region between the source / drain regions 2. It can also be configured. In the manufacture of this semiconductor device, after forming the gate electrode 4, the source / drain regions 2 can be formed by implanting impurity ions into the surface layer of the substrate 1.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、半導体基板表層にチャンネル領域を有する第
1トランジスタの上に、薄膜トランジスタからなる第2
トランジスタを形成して並列回路としている。このた
め、多値出力レベルのメモリーセルを、従来より小さい
メモリーセル寸法に縮小することができる。よって、大
容量マスクROMを作製することが可能となり、また、
チップ面積の縮小化によりコスト低減を図ることができ
る。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the second transistor comprising the thin film transistor is provided on the first transistor having the channel region on the surface layer of the semiconductor substrate.
Transistors are formed to form a parallel circuit. Therefore, the memory cell at the multi-level output level can be reduced to a smaller memory cell size than before. Therefore, a large-capacity mask ROM can be manufactured.
Cost reduction can be achieved by reducing the chip area.

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

【図1】本発明の半導体装置のメモリーセル構成を示
し、(a)は平面図を、(b)は等価回路図を、(c)
〜(f)は(a)の断面図を示す。
1A and 1B show a memory cell configuration of a semiconductor device of the present invention, wherein FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is an equivalent circuit diagram, and FIG.
(F) shows a sectional view of (a).

【図2】(a)および(b)は、本発明の半導体装置の
製造工程を示す図である。
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.

【図3】(a)は本発明の半導体装置の一実施例を示す
断面図であり、(b)は他の実施例を示す断面図であ
る。
FIG. 3A is a cross-sectional view showing one embodiment of the semiconductor device of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing another embodiment.

【図4】本発明の半導体装置の他の実施例を示す断面図
である。
FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図5】従来の半導体装置を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 第1トランジスタのソース・ドレイン領域 3 第1のゲート絶縁膜 4 ゲート電極 5 第2のゲート絶縁膜 6 コンタクトホール 7 多結晶シリコン膜 7a 第2トランジスタのソース・ドレイン領域 8 フォトレジスト 9 第2トランジスタのデータ書き込み不純物 10 フォトレジスト 11 第1トランジスタのデータ書き込み不純物 12 層間絶縁膜 13 金属配線 14 保護膜 15 第3のゲート絶縁膜 16 第2ゲート電極 Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 source / drain region of first transistor 3 first gate insulating film 4 gate electrode 5 second gate insulating film 6 contact hole 7 polycrystalline silicon film 7a source / drain region of second transistor 8 photoresist 9 Data writing impurity for second transistor 10 Photoresist 11 Data writing impurity for first transistor 12 Interlayer insulating film 13 Metal wiring 14 Protective film 15 Third gate insulating film 16 Second gate electrode

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 MOS型マスクROMのメモリーセルが
トランジスタから構成され、該トランジスタの駆動能力
を相違させて多値出力レベルを得る方式の半導体装置で
あって、該メモリーセルが、半導体基板表層にチャンネ
ル領域を有する第1トランジスタと、該第1トランジス
タの上に、該第1トランジスタとゲート電極を共有して
積層形成された薄膜トランジスタからなる第2トランジ
スタとの並列回路からなる半導体装置において、 半導体基板表層に、前記第1トランジスタのソース領域
またはドレイン領域となる複数の第1配線が並設され、
該第1配線の上に、第1のゲート絶縁膜を間に介して該
第1配線に交差して複数のゲート電極が配置され、該ゲ
ート電極の該第1配線と反対側に、第2のゲート絶縁膜
を間に介して該ゲート電極に交差して、前記第2トラン
ジスタのソース領域またはドレイン領域となる複数の第
2配線が並設されて、前記第1トランジスタのチャンネ
ル領域の上方が、前記第2配線の間に形成される前記第
2トランジスタのチャンネル領域となっていることを特
徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device in which a memory cell of a MOS mask ROM is composed of a transistor, and a multi-level output level is obtained by making the driving capability of the transistor different, wherein the memory cell is provided on a surface layer of a semiconductor substrate. In a semiconductor device comprising a parallel circuit of a first transistor having a channel region and a second transistor formed of a thin film transistor formed on the first transistor and sharing a gate electrode with the first transistor , a semiconductor substrate is provided. A source region of the first transistor on a surface layer;
Alternatively, a plurality of first wirings serving as drain regions are juxtaposed,
On the first wiring, a first gate insulating film is interposed between the first wirings.
A plurality of gate electrodes are arranged crossing the first wiring, and the gate
A second gate insulating film on a side of the gate electrode opposite to the first wiring;
Intersects the gate electrode with a
Multiple source or drain regions
Two wirings are arranged side by side, and the channel of the first transistor is
The upper part of the first region is formed between the second wirings.
Specially, it is a channel region of two transistors.
Semiconductor device.
【請求項2】 前記第2トランジスタが、そのソース・
ドレイン領域を間に挟んで前記ゲート電極と反対側に第
2のゲート電極を有し、かつ第1ゲート電極と第2ゲー
ト電極とが電気的に接続されたダブルゲート構造となっ
ていることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装
置。
2. The method according to claim 1, wherein the second transistor has a source
On the side opposite to the gate electrode with the drain region interposed,
Two gate electrodes, and a first gate electrode and a second gate electrode.
Double gate structure where the electrodes are electrically connected
Wherein the is, the semiconductor device according to claim 1.
【請求項3】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
であって、 前記第1トランジスタの上に、薄膜トランジスタからな
る前記第2トランジスタが、前記第1トランジスタと並
列接続された半導体基板を作成する工程と、 該半導体基板に対して、前記第1トランジスタのチャン
ネル領域に不純物イオンを高エネルギーで注入し、前記
第2トランジスタのチャンネル領域に不純物イオンを低
エネルギーで注入して、各トランジスタにデータを書き
込む工程とを有することを特徴とする、半導体装置の製
造方法。
3. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
A is, on the first transistor, it from a thin film transistor
The second transistor is in parallel with the first transistor.
Forming a column-connected semiconductor substrate; and forming a channel of the first transistor on the semiconductor substrate.
Implanting impurity ions at high energy into the
Low impurity ions in the channel region of the second transistor
Inject with energy and write data to each transistor
And manufacturing the semiconductor device.
Construction method.
JP5076011A 1993-04-01 1993-04-01 Semiconductor device and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP2853845B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5076011A JP2853845B2 (en) 1993-04-01 1993-04-01 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5076011A JP2853845B2 (en) 1993-04-01 1993-04-01 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06291284A JPH06291284A (en) 1994-10-18
JP2853845B2 true JP2853845B2 (en) 1999-02-03

Family

ID=13592882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5076011A Expired - Fee Related JP2853845B2 (en) 1993-04-01 1993-04-01 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2853845B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG70621A1 (en) * 1997-11-28 2000-02-22 United Microelectronics Corp Method of fabricating tetra-state mask read only memory
NL1008061C2 (en) * 1998-01-19 1999-07-20 United Microelectronics Corp Tetra-state mask read only memory
JP3388195B2 (en) 1998-12-22 2003-03-17 シャープ株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06291284A (en) 1994-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2670219B2 (en) Method of manufacturing nonvolatile semiconductor memory device
US7141481B2 (en) Method of fabricating nano-scale resistance cross-point memory array
US5960265A (en) Method of making EEPROM having coplanar on-insulator FET and control gate
US6383860B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US5300804A (en) Mask ROM device having highly integrated memory cell structure
US6903408B2 (en) Flash memory cell with high programming efficiency by coupling from floating gate to sidewall
TWI575579B (en) Method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device
KR20030078075A (en) Programmable memory address and decode circuits with ultra thin vertical body transistors
US6307217B1 (en) Semiconductor memory device having driver and load MISFETs and capacitor elements
JPH07226446A (en) Semiconductor device and its manufacture
US6406959B2 (en) Method of forming FLASH memory, method of forming FLASH memory and SRAM circuitry, and etching methods
US6326269B1 (en) Method of fabricating self-aligned multilevel mask ROM
JPH02222174A (en) Mos type semiconductor device
KR20050030099A (en) Non-volatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof
JP3058119B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2853845B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2002141425A (en) Side wall process for improving flash memory cell performance
US5828113A (en) Double density MROM array structure
US6319781B1 (en) Method of fabricating self-aligned multilevel mask ROM
JPH08316341A (en) Semiconductor memory and fabrication thereof
JP2001203280A (en) Structure of nonvolatile memory and its manufacturing method
JP2880599B2 (en) Manufacturing method of nonvolatile semiconductor memory device
JP2793722B2 (en) Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same
JP2001119002A (en) Method for manufacturing semiconductor memory device and the semiconductor memory device
JP3161120B2 (en) Memory cell

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19981105

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081120

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees