JP3631562B2 - Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクROM等の不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
マスクROMのプログラム方式には、NOR型イオン注入プログラム方式、NOR型コンタクトホールプログラム方式、NOR型拡散層プログラム方式、NAND型イオン注入プログラム方式等がある(「CMOS超LSIの設計」菅野卓雄監修、1989年、pp168−169)。NOR型マスクROMは、NAND型マスクROMに比べて、メモリセル面積は若干大きいが、動作速度が速いという利点を有している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のマスクROMは、そのメモリセル部分にしか情報が記憶出来ないため、ROM全体の記憶容量を増やすためには、メモリセルの数、即ち、メモリセルの総面積を増大しなければならなかった。しかし、メモリセルの総面積を大きくすると、ROM全体が大きくなり、ICチップ化した際に、チップが大きくなってしまうという問題があった。
【0004】
そこで、本発明の目的は、メモリセルの数、即ち、メモリセルの総面積を増大させることなく記憶容量を増大させることができるマスクROM等の不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板のフィールド領域上にシールドゲート絶縁膜を介して形成されたシールドプレート電極により、マトリクス状に配列された複数のメモリセルトランジスタ間の素子分離がなされた不揮発性半導体記憶装置であって、前記フィールド領域上の前記シールドプレート電極をゲート電極とし、前記フィールド領域を挟んで隣接する一対の前記メモリセルトランジスタのソース又はドレインである前記フィールド領域を挟んで隣接する一対の不純物拡散層をソース及びドレインとするフィールドシールドトランジスタにも情報を記憶させるように構成し、前記シールドプレート電極に印加する電圧を可変に構成するとともに、前記シールドプレート電極に印加する前記電圧を変化させて、前記フィールドシールドトランジスタに記憶されている情報を読み出す読み出し手段を設け、前記シールドプレート電極が、前記マトリクスの行方向及び列方向において互いに分離したパターンに形成され、前記互いに分離されているシールドプレート電極を前記マトリクスの行方向において接続する配線層を設けたことを特徴とする。
【0006】
本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板のフィールド領域上にシールドゲート絶縁膜を介して形成されたシールドプレート電極により、マトリクス状に配列された複数のメモリセルトランジスタ間の素子分離がなされた不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、第1の導電型の半導体基板のメモリセル領域及びフィールド領域に、第1の導電型の不純物を注入する工程と、前記第1の導電型の半導体基板の表面にシールドゲート絶縁膜を形成する工程と、前記シールドゲート絶縁膜上に第2の導電型の不純物がドープされた半導体膜を形成する工程と、前記第2の導電型の不純物がドープされた半導体膜を加工して、前記マトリクスの行方向及び列方向において互いに分離したパターンのシールドプレート電極を形成する工程と、前記シールドプレート電極を絶縁膜で覆って、前記フィールド領域上にフィールドシールド素子分離構造を形成するとともに、前記フィールド領域に挟まれた素子領域上に形成されているシールドゲート絶縁膜を除去する工程と、前記フィールド領域に挟まれた素子領域上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に、メモリセルトランジスタのゲート電極となるワード線を形成する工程と、前記メモリセルトランジスタのドレイン拡散層を形成した後、全面に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、前記ドレイン拡散層に達する第1のコンタクト孔を前記第1の層間絶縁膜に開孔し、この第1のコンタクト孔を介して前記ドレイン拡散層に接続される導電体膜からなるビット線を形成する工程と、全面に第2の層間絶縁膜を形成する工程と、前記シールドプレート電極に達する第2のコンタクト孔を、前記第1の層間絶縁膜、前記第2の層間絶縁膜、及び前記シールドプレート電極を覆っている絶縁膜に開孔し、この第2のコンタクト孔を介して前記シールドプレート電極に接続される導電体膜からなり、前記シールドプレート電極を前記マトリクスの行方向において接続する配線層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をNOR型イオン注入プログラム方式のマスクROMに適用した実施の形態につき図面を参照して説明する。
【0010】
まず、本発明の第1の実施の形態を図1〜図3を参照して説明する。
【0011】
図2に、この第1の実施の形態によるマスクROMのメモリセルアレイ部の概略平面図を示す。このメモリセルアレイ部は、マトリクス状に配列されたメモリセルアレイの列方向に沿って延びるフィールド領域(素子分離領域)に、シールドプレート電極22を備えたフィールドシールド素子分離構造が形成されている。従って、本実施の形態では、メモリセルの行方向においてのみ各メモリセル間の素子分離がなされ、列方向においては素子分離構造による素子分離はなされていない。
【0012】
メモリセルアレイの行方向には、各メモリセルトランジスタのゲート電極を構成するワード線24が、フィールドシールド素子分離構造の上でフィールド領域と交差して設けられている。一方、列方向に延びるフィールド領域に挟まれた各素子領域上にはビット線25が設けられ、ビットコンタクト26により、各メモリセルトランジスタのドレイン拡散層に接続している。各メモリセルトランジスタのソース側は、基板部分がソース線(接地線)を構成している。
【0013】
次に、図2のメモリセルアレイ部とその周辺の回路構成について説明する。図1は、本実施の形態によるメモリセルアレイとその周辺の回路構成を示したものである。図1において、ワード線24とビット線25の各交差位置に対応してメモリセルトランジスタQ00、Q01、…、Q10、…がマトリクス状に配列された状態で設けられている。そして、行線であるワード線x0 、x1 、x2 、…が行デコーダ32に接続され、一方、列線であるビット線y0 、y1 、…、yn−1 は列デコーダ33に接続されている。27はソース線である。また、35は、ビット線y0 、y1 、…、yn−1 の電位を検出するためのセンスアンプである。
【0014】
各メモリセルトランジスタQ00、Q01、…、Q10、…における情報の記憶は、各メモリセルトランジスタQ00、Q01、…、Q10、…のチャネル領域のシリコン半導体基板内に予め選択的に不純物をイオン注入しておくことにより、各メモリセルトランジスタQ00、Q01、…、Q10、…のしきい値電圧(Vth)を高い値と低い値とに選択的に作り分けておくことで行われる。
【0015】
次に、情報の読み出し方について説明する。まず、行デコーダ32により、選択されたワード線を“H”レベルに、非選択のワード線を“L”レベルにするとともに、列デコーダ33により、選択されたビット線を“H”レベルにする。すると、選択されたワード線と選択されたビット線の交差位置に対応する選択されたメモリセルトランジスタのしきい値電圧Vthが高い場合、選択されたビット線の電位は“H”レベルのままで変化せず、一方、選択されたメモリセルトランジスタのしきい値電圧Vthが低い場合には、選択されたビット線を電流が流れ、“L”レベルになる。従って、選択されたビット線の電位をセンスアンプ35で検出することにより、各メモリセルトランジスタQ00、Q01、…、Q10、…に記憶された情報の読み出しができる。
【0016】
本実施の形態によるマスクROMにおいては、上述した通常のメモリセルトランジスタQ00、Q01、…、Q10、…に加えて、フィールド領域に形成されるいわゆる寄生MOSトランジスタ(本発明において「フィールドシールドトランジスタ」と称する。)にも情報を記憶させ、それを読み出すことができる。
【0017】
図3に図2の III−III 線断面図を示すが、シリコン半導体基板41のフィールド領域上にシールドゲート酸化膜21を介して形成されたシールドプレート電極22をゲート電極とし、例えば、そのフィールド領域を挟んで隣接するメモリセルトランジスタの一対のドレイン拡散層23をソース及びドレインとする寄生MOSトランジスタが形成される。図中、25はビット線、26はビットコンタクト、47、51は層間絶縁膜である。通常の状態では、シールドプレート電極22の電位が接地電位に固定され、この寄生MOSトランジスタの導通が阻止される。
【0018】
図1に示すように、このような寄生MOSトランジスタ(フィールドシールドトランジスタFT1 、FT2 、…)は各列に対応して1個ずつ形成される。この場合、各フィールドシールドトランジスタFT1 、FT2 、…のソース/ドレインは、どのメモリセルトランジスタのドレイン拡散層であるかは問わない。
【0019】
本実施の形態では、上述したメモリセルトランジスタQ00、Q01、…、Q10、…の書き込み(プログラム)時に、フィールド領域にも選択的に不純物をイオン注入することにより、フィールドシールドトランジスタFT1 、FT2 、…のしきい値電圧Vth(f) も高い値(例えば、2V)と低い値(例えば、1V)に予め作り分けておく。
【0020】
そして、シールドプレート電極22を電圧制御回路34に接続して、その印加電圧を可変に構成する。
【0021】
通常の状態では、上述したように、シールドプレート電極22の電位は接地電位に固定される。この時、各フィールドシールドトランジスタFT1 、FT2 、…のしきい値電圧Vth(f) の低い方の値を例えば1Vに設定することにより、シールドプレート電極22の接地電位が多少不安定でも寄生MOSトランジスタである各フィールドシールドトランジスタFT1 、FT2 、…が誤って導通することが確実に防止される。
【0022】
一方、フィールドシールドトランジスタFT1 、FT2 、…に記憶されている情報を読み出す時には、例えば、フィールドシールドトランジスタFT1 に記憶されている情報を読み出す場合、列デコーダ33によりビット線y0 の電位をプリチャージ電位Vpcg (“H”レベル)にし、残りの総てのビット線y1 、…、yn−1 の電位を接地電位(“L”レベル)にする。そして、行デコーダ32により総てのワード線x0 、x1 、x2 、…の電位を低論理レベル(“L”レベル)にし、電圧制御回路34によりシールドプレート電極22の電位Vgateを1V<Vgate<2Vにする。
【0023】
すると、フィールドシールドトランジスタFT1 のしきい値電圧Vth(f) が2Vに設定されていれば、このフィールドシールドトランジスタFT1 は導通しないので、ビット線y0 の電位はプリチャージ電位Vpcg のままで変化しない。一方、フィールドシールドトランジスタFT1 のしきい値電圧Vth(f) が1Vに設定されていれば、このフィールドシールドトランジスタFT1 が導通し、ビット線y0 からビット線y1 へ電流が流れるので、ビット線y0 の電位は接地電位(0V)に変化する。従って、ビット線y0 の電位をセンスアンプ35で検出することにより、フィールドシールドトランジスタFT1 に記憶されている情報を読み出すことができる。
【0024】
以上に説明したように、本実施の形態によるマスクROMでは、通常のメモリセルトランジスタQ00、Q01、…、Q10、…に加えて、フィールド領域に形成されるフィールドシールドトランジスタFT1 、FT2 、…にも情報を記憶させ、それを読み出すことができるので、従来のマスクROMと比較して、メモリセルの総面積を増大させることなく記憶容量を増大させることができる。例えば、通常のメモリセルトランジスタQ00、Q01、…、Q10、…のみで構成された従来のマスクROMの記憶容量が4MBの場合、フィールドシールドトランジスタFT1 、FT2 、…により更に2kB程度の記憶容量を追加することができる。
【0025】
なお、各フィールドシールドトランジスタFT1 、FT2 、…において、選択的に不純物を導入するチャネル領域は、一組のソース/ドレイン間の単一のチャネル領域でも良いが、複数組のソース/ドレイン間の複数のチャネル領域とすると、電流の流れるチャネル領域が多くなって、読み出し速度が向上する。
【0026】
次に、本発明の第2の実施の形態を図4〜図6を参照して説明する。
【0027】
図5に、この第2の実施の形態によるマスクROMのメモリセルアレイ部の概略平面図を示す。この第2の実施の形態であるメモリセルアレイ部は、上述した第1の実施の形態と違い、シールドプレート電極22が、図示の如く、各ソース線27上の位置で列方向に互いに分断されたパターンに形成されている。即ち、この第2の実施の形態では、シールドプレート電極22が、メモリセルアレイのマトリクスの行方向及び列方向で互いに分離したパターンに形成されている。そして、これらのシールドプレート電極22が、フィールドコンタクト36を介して上層の配線層37(図6(d)参照)により行方向において互いに接続されている。
【0028】
次に、図3のメモリセルアレイ部とその周辺の回路構成について説明する。図4は、この第2の実施の形態によるメモリセルアレイとその周辺のの回路構成を示したものである。この第2の実施の形態では、メモリセルアレイのマトリクスの列方向においても複数のフィールドシールドトランジスタFTが形成され、この結果、フィールドシールドトランジスタFT00、FT01、…、FT10、FT11、…もマトリクス状に配列される。そして、上述した配線層37は、このフィールドシールドトランジスタFT00、FT01、…、FT10、FT11、…のマトリクスの行線(フィールドシールドワード線z0 、z1 、z2 、z3 、…)を構成し、フィールドシールドデコーダ回路38に接続されている。
【0029】
この第2の実施の形態において、メモリセルトランジスタQ00、Q01、…、Q10、…における情報の記憶及びその読み出しは、上述した第1の実施の形態と同様である。一方、フィールドシールドトランジスタFT00、FT01、…、FT10、FT11、…への情報の書き込みは、メモリセルトランジスタQ00、Q01、…、Q10、…のプログラム時、各フィールドシールドトランジスタFT00、FT01、…、FT10、FT11、…のチャネル領域となるフィールド領域部分のシリコン半導体基板に選択的に不純物をイオン注入して、各フィールドシールドトランジスタFT00、FT01、…、FT10、FT11、…のしきい値電圧Vth(f) を高い値(例えば、2V)と低い値(例えば、1V)に予め制御することにより行う。
【0030】
そして、例えば、フィールドシールドトランジスタFT00に記憶されている情報を読み出す場合、列デコーダ33によりビット線y0 の電圧をプリチャージ電圧Vpcg (“H”レベル)にし、残りの総てのビット線y1 、y2 、…の電位を接地電位(“L”レベル)にする。そして、行デコーダ32により総てのワード線x0 、x1 、x2 、x3 、x4 、x5 、…の電位を低論理レベル(“L”レベル)にし、フィールドシールドデコーダ回路38によりフィールドシールドワード線z0 の電位Vgateのみを1V<Vgate<2Vにする。
【0031】
すると、フィールドシールドトランジスタFT00のしきい値電圧Vth(f) が2Vに設定されていれば、このフィールドシールドトランジスタFT00は導通しないので、ビット線y0 の電位はプリチャージ電位Vpcg のままで変化しない。一方、フィールドシールドトランジスタFT00のしきい値電圧Vth(f) が1Vに設定されていれば、このフィールドシールドトランジスタFT00が導通し、ビット線y0 からビット線y1 へ電流が流れるので、ビット線y0 の電位は接地電位(0V)に変化する。従って、ビット線y0 の電位をセンスアンプ35で検出することにより、フィールドシールドトランジスタFT00に記憶されている情報を読み出すことができる。
【0032】
この第2の実施の形態においては、フィールドシールドデコーダ回路38がシールドプレート電極22の電位を可変に構成するための電圧制御回路として機能し、フィールドシールドトランジスタFT00、FT01、…、FT10、FT11、…に記憶された情報を読み出す際に選択されたフィールドシールドワード線z0 、z1 、z2 、z3 、…の電位を上昇させる以外は、常に、フィールドシールドワード線z0 、z1 、z2 、z3 、…、即ち、各シールドプレート電極22の電位を接地電位に保持する。
【0033】
この第2の実施の形態によれば、上述した第1の実施の形態に比較して、回路構成はやや複雑になるものの、フィールドシールドトランジスタFTの数を多くすることができるため、より記憶容量を増大させることができる。
【0034】
次に、この第2の実施の形態のメモリセルアレイの製造方法を図6を参照して説明する。なお、図6の各図は、図5のVI−VI線に沿った断面に対応する。
【0035】
まず、図6(a)に示すように、例えば、p型のシリコン半導体基板41上に、書き込みたいプログラムに対応するパターンのフォトレジスト42をフォトリソグラフィーで形成し、このフォトレジスト42をマスクにして、データを書き込まない(データ“0”を書き込む)メモリセル領域及びフィールド領域に、夫々、60keV程度の加速エネルギー及び1×1012cm−2程度のドーズ量でボロン(B)43をイオン注入する。これにより、イオン注入されなかった領域のメモリセル領域及びフィールド領域に相対的にデータ“1”が書き込まれたことになる。
【0036】
次に、図6(b)に示すように、フォトレジスト42を除去した後、膜厚40nm程度のシールドゲート酸化膜21をシリコン半導体基板41の表面に熱酸化で形成し、更に、その上に、リン(P)がドープされた膜厚200nm程度の多結晶シリコン膜を形成して、これをシールドプレート電極22のパターンに加工する。しかる後、シールドプレート電極22をキャップ酸化膜及びサイドウォール酸化膜で覆って、フィールド領域上にフィールドシールド素子分離構造を形成する。
【0037】
次に、図には現れていないが、フィールド領域に挟まれた素子領域上のシリコン半導体基板41の表面に熱酸化により膜厚15nm程度のゲート酸化膜を形成し(この領域において、先に形成したシールドゲート酸化膜21は、フィールドシールド素子分離構造のサイドウォール酸化膜を形成する際の異方性エッチングにより除去されている。)、更に、その上に、メモリセルトランジスタのゲート電極となるワード線24を形成する(図5参照)。
【0038】
次に、図6(c)に示すように、メモリセルトランジスタのドレイン拡散層23を形成した後、全面に層間絶縁膜47を形成する。そして、ドレイン拡散層23に達するコンタクト孔26を層間絶縁膜47に開孔し、このコンタクト孔26を介してドレイン拡散層23に接続する金属膜からなるビット線25を形成する。
【0039】
次に、図6(d)に示すように、第2の層間絶縁膜51を形成し、シールドプレート電極22に達するコンタクト孔36を層間絶縁膜51、47等に開孔する。そして、コンタクト孔36を介してシールドプレート電極22に接続する金属膜からなる配線層(フィールドシールドワード線)37を形成した後、表面保護膜(不図示)等を形成して、マスクROMを完成させる。
【0040】
【発明の効果】
本発明によれば、マスクROM等の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの総面積延いてはチップ面積を増大させることなく、その記憶容量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態によるマスクROMのメモリセルアレイの回路構成図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態によるマスクROMのメモリセルアレイの概略平面図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態によるマスクROMのフィールドシールドトランジスタの構成を示す断面図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態によるマスクROMのメモリセルアレイの回路構成図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態によるマスクROMのメモリセルアレイの概略平面図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態によるマスクROMの製造方法を示す工程断面図である。
【符号の説明】
21 シールドゲート酸化膜
22 シールドプレート電極
23 ドレイン拡散層
24 ワード線
25 ビット線
26 ビットコンタクト
27 ソース線
32 行デコーダ
33 列デコーダ
34 電圧制御回路
35 センスアンプ
36 フィールドコンタクト
37 配線層(フィールドシールドワード線)
38 フィールドシールドデコーダ回路
x0 、x1 、… ワード線
y0 、y1 、… ビット線
z0 、z1 、… フィールドシールドワード線
Q00、Q01、… メモリセルトランジスタ
FT1 、FT2 、…、FT00、FT01、… フィールドシールドトランジスタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device such as a mask ROM and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
The mask ROM program method includes a NOR type ion implantation program method, a NOR type contact hole program method, a NOR type diffusion layer program method, a NAND type ion implantation program method, etc. ("CMOS VLSI design" supervised by Takuo Kanno, 1989, pp 168-169). The NOR type mask ROM has an advantage that the operation speed is high although the memory cell area is slightly larger than that of the NAND type mask ROM.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional mask ROM can store information only in the memory cell portion, in order to increase the storage capacity of the entire ROM, the number of memory cells, that is, the total area of the memory cells must be increased. There wasn't. However, if the total area of the memory cells is increased, the entire ROM becomes larger, and there is a problem that the chip becomes larger when an IC chip is formed.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device such as a mask ROM capable of increasing the storage capacity without increasing the number of memory cells, that is, the total area of the memory cells, and a method for manufacturing the same. It is.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes a plurality of memories arranged in a matrix by shield plate electrodes formed on a field region of a semiconductor substrate via a shield gate insulating film. A non-volatile semiconductor memory device in which element isolation between cell transistors is performed, wherein the shield plate electrode on the field region is used as a gate electrode, and the source or drain of a pair of memory cell transistors adjacent to each other with the field region interposed therebetween And a field shield transistor having a pair of impurity diffusion layers adjacent to each other with the field region sandwiched between the source and drain to store information, and a variable voltage applied to the shield plate electrode. Applying to the shield plate electrode Reading means for reading information stored in the field shield transistor by changing the pressure is provided, and the shield plate electrodes are formed in patterns separated from each other in the row direction and the column direction of the matrix, and are separated from each other. A wiring layer is provided for connecting the shield plate electrodes in the row direction of the matrix.
[0006]
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes element isolation between a plurality of memory cell transistors arranged in a matrix by a shield plate electrode formed on a field region of a semiconductor substrate via a shield gate insulating film. A method of manufacturing a non-volatile semiconductor memory device in which a first conductivity type impurity is implanted into a memory cell region and a field region of a first conductivity type semiconductor substrate, and the first conductivity type is manufactured. Forming a shield gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate of the type, forming a semiconductor film doped with an impurity of the second conductivity type on the shield gate insulating film, and Process the semiconductor film doped with impurities to form shield plate electrodes with patterns separated from each other in the row and column directions of the matrix. Covering the shield plate electrode with an insulating film, forming a field shield element isolation structure on the field region, and forming a shield gate insulating film formed on the element region sandwiched between the field regions Removing, forming a gate insulating film on the element region sandwiched between the field regions, forming a word line serving as a gate electrode of a memory cell transistor on the gate insulating film, and the memory After forming the drain diffusion layer of the cell transistor, a step of forming a first interlayer insulating film on the entire surface, and forming a first contact hole reaching the drain diffusion layer in the first interlayer insulating film, Forming a bit line made of a conductor film connected to the drain diffusion layer through the first contact hole; and a second interlayer on the entire surface Forming an edge film and opening a second contact hole reaching the shield plate electrode in the first interlayer insulating film, the second interlayer insulating film, and the insulating film covering the shield plate electrode; Forming a wiring layer made of a conductive film connected to the shield plate electrode through the second contact hole and connecting the shield plate electrode in the row direction of the matrix. Features.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments in which the present invention is applied to a NOR type ion implantation program type mask ROM will be described below with reference to the drawings.
[0010]
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0011]
FIG. 2 is a schematic plan view of the memory cell array portion of the mask ROM according to the first embodiment. In the memory cell array portion, a field shield element isolation structure including a
[0012]
In the row direction of the memory cell array, a
[0013]
Next, the memory cell array part of FIG. 2 and its peripheral circuit configuration will be described. FIG. 1 shows a memory cell array and its peripheral circuit configuration according to the present embodiment. In FIG. 1, memory cell transistors Q 00 , Q 01 ,..., Q 10 ,... Are arranged in a matrix corresponding to each crossing position of the
[0014]
Each memory cell transistors Q 00, Q 01, ..., Q 10, ... stores the information in the respective memory cell transistors Q 00, Q 01, ..., Q 10, pre-selective ... silicon semiconductor substrate in the channel region of the .., Q 10 ,..., And the threshold voltage (V th ) of each of the memory cell transistors Q 00 , Q 01 ,. Is done.
[0015]
Next, how to read information will be described. First, the
[0016]
In the mask ROM according to the present embodiment, in addition to the above-described normal memory cell transistors Q 00 , Q 01 ,..., Q 10 ,. Information is also stored in and read from the transistor.
[0017]
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 2. The
[0018]
As shown in FIG. 1, one such parasitic MOS transistor (field shield transistor FT 1 , FT 2 ,...) Is formed corresponding to each column. In this case, it does not matter which memory cell transistor the drain diffusion layer of the source / drain of each field shield transistor FT 1 , FT 2 ,.
[0019]
In the present embodiment, when the memory cell transistors Q 00 , Q 01 ,..., Q 10 ,... Are written (programmed), impurities are selectively ion-implanted into the field region, so that the field shield transistor FT 1 , FT 2 ,..., Threshold voltage V th (f) is previously made to be a high value (for example, 2 V) and a low value (for example, 1 V).
[0020]
And the
[0021]
In a normal state, as described above, the potential of the
[0022]
On the other hand, when reading the information stored in the field shield transistors FT 1 , FT 2 ,..., For example, when reading the information stored in the field shield transistor FT 1 , the
[0023]
Then, the field shield transistor FT 1 threshold voltage V th (f) is if set to 2V, since the field shield transistor FT 1 does not conduct, the bit line y 0 potential of the precharge voltage V pcg It remains unchanged. On the other hand, if the field shield transistor FT 1 threshold voltage V th (f) is set to 1V, the field shield transistor FT 1 conducts, since the bit line y 0 current flows to the bit line y 1 , the potential of the bit line y 0 is changed to the ground potential (0V). Accordingly, the information stored in the field shield transistor FT 1 can be read by detecting the potential of the bit line y 0 with the
[0024]
As described above, in the mask ROM according to the present embodiment, the field shield transistors FT 1 , FT formed in the field region in addition to the normal memory cell transistors Q 00 , Q 01 ,..., Q 10 ,. 2 ,... Can also store information and read it, so that the storage capacity can be increased without increasing the total area of the memory cells as compared with the conventional mask ROM. For example, when the memory capacity of a conventional mask ROM composed of only normal memory cell transistors Q 00 , Q 01 ,..., Q 10 ,... Is 4 MB, about 2 kB is further provided by the field shield transistors FT 1 , FT 2 ,. Storage capacity can be added.
[0025]
In each field shield transistor FT 1 , FT 2 ,..., The channel region into which impurities are selectively introduced may be a single channel region between a pair of sources / drains. If there are a plurality of channel regions, the channel region through which current flows increases, and the reading speed is improved.
[0026]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0027]
FIG. 5 is a schematic plan view of the memory cell array portion of the mask ROM according to the second embodiment. In the memory cell array portion according to the second embodiment, unlike the first embodiment described above, the
[0028]
Next, the memory cell array portion of FIG. 3 and its peripheral circuit configuration will be described. FIG. 4 shows a memory cell array according to the second embodiment and its peripheral circuit configuration. In the second embodiment, a plurality of field shield transistors FT are formed also in the column direction of the matrix of the memory cell array. As a result, field shield transistors FT 00 , FT 01 ,..., FT 10 , FT 11 ,. Arranged in a matrix. The
[0029]
In the second embodiment, storage and reading of information in the memory cell transistors Q 00 , Q 01 ,..., Q 10 ,... Are the same as those in the first embodiment described above. On the other hand, the field shield transistor FT 00, FT 01, ..., FT 10, FT 11, the writing of information of ... to, the memory cell transistor Q 00, Q 01, ..., Q 10, ... program at the time, each field shield transistor of FT 00, FT 01, ..., FT 10, FT 11, selectively impurity is ion-implanted ... silicon semiconductor substrate of the field region portion serving as a channel region of each field shield transistor FT 00, FT 01, ..., Threshold values V th (f) of FT 10 , FT 11 ,... Are controlled in advance to a high value (for example, 2 V) and a low value (for example, 1 V).
[0030]
For example, when information stored in the field shield transistor FT 00 is read, the
[0031]
Then, the threshold voltage V th of field shield transistor FT 00 (f) is if set to 2V, since the field shield transistor FT 00 does not conduct, the bit line y 0 potential of the precharge voltage V pcg It remains unchanged. On the other hand, if the threshold voltage V th of field shield transistor FT 00 (f) is set to 1V, the field shield transistor FT 00 is rendered conductive, since the bit line y 0 current flows to the bit line y 1 , the potential of the bit line y 0 is changed to the ground potential (0V). Therefore, the information stored in the field shield transistor FT 00 can be read by detecting the potential of the bit line y 0 with the
[0032]
In the second embodiment, the field
[0033]
According to the second embodiment, although the circuit configuration is slightly complicated as compared with the first embodiment described above, the number of field shield transistors FT can be increased. Can be increased.
[0034]
Next, a manufacturing method of the memory cell array according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 6 corresponds to a cross section taken along line VI-VI in FIG.
[0035]
First, as shown in FIG. 6A, for example, a
[0036]
Next, as shown in FIG. 6B, after removing the
[0037]
Next, although not shown in the figure, a gate oxide film having a thickness of about 15 nm is formed by thermal oxidation on the surface of the
[0038]
Next, as shown in FIG. 6C, after forming the
[0039]
Next, as shown in FIG. 6D, a second
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, the storage capacity can be increased without increasing the total area of the memory cells of the nonvolatile semiconductor memory device such as a mask ROM or the chip area.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a memory cell array of a mask ROM according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of a memory cell array of a mask ROM according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a field shield transistor of the mask ROM according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a memory cell array of a mask ROM according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic plan view of a memory cell array of a mask ROM according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a process sectional view showing a method for manufacturing a mask ROM according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
21 shield
38 field shield decoder circuit x 0, x 1, ... word line y 0, y 1, ... bit line z 0, z 1, ... field shield word line Q 00, Q 01, ...
Claims (3)
前記フィールド領域上の前記シールドプレート電極をゲート電極とし、前記フィールド領域を挟んで隣接する一対の前記メモリセルトランジスタのソース又はドレインである前記フィールド領域を挟んで隣接する一対の不純物拡散層をソース及びドレインとするフィールドシールドトランジスタにも情報を記憶させるように構成し、
前記シールドプレート電極に印加する電圧を可変に構成するとともに、
前記シールドプレート電極に印加する前記電圧を変化させて、前記フィールドシールドトランジスタに記憶されている情報を読み出す読み出し手段を設け、
前記シールドプレート電極が、前記マトリクスの行方向及び列方向において互いに分離したパターンに形成され、
前記互いに分離されているシールドプレート電極を前記マトリクスの行方向において接続する配線層を設けたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。A non-volatile semiconductor memory device in which element isolation is performed between a plurality of memory cell transistors arranged in a matrix by a shield plate electrode formed on a field region of a semiconductor substrate via a shield gate insulating film,
The shield plate electrode on the field region is used as a gate electrode, and a pair of impurity diffusion layers adjacent to each other across the field region that is the source or drain of a pair of memory cell transistors adjacent to each other across the field region It is configured to store information in the field shield transistor as the drain,
While variably configuring the voltage applied to the shield plate electrode,
Changing the voltage applied to the shield plate electrode, and providing reading means for reading information stored in the field shield transistor;
The shield plate electrode is formed in a pattern separated from each other in the row direction and the column direction of the matrix,
A nonvolatile semiconductor memory device comprising a wiring layer for connecting the shield plate electrodes separated from each other in a row direction of the matrix.
第1の導電型の半導体基板のメモリセル領域及びフィールド領域に、第1の導電型の不純物を注入する工程と、
前記第1の導電型の半導体基板の表面にシールドゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記シールドゲート絶縁膜上に第2の導電型の不純物がドープされた半導体膜を形成する工程と、
前記第2の導電型の不純物がドープされた半導体膜を加工して、前記マトリクスの行方向及び列方向において互いに分離したパターンのシールドプレート電極を形成する工程と、
前記シールドプレート電極を絶縁膜で覆って、前記フィールド領域上にフィールドシールド素子分離構造を形成するとともに、前記フィールド領域に挟まれた素子領域上に形成されているシールドゲート絶縁膜を除去する工程と、
前記フィールド領域に挟まれた素子領域上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、メモリセルトランジスタのゲート電極となるワード線を形成する工程と、
前記メモリセルトランジスタのドレイン拡散層を形成した後、全面に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記ドレイン拡散層に達する第1のコンタクト孔を前記第1の層間絶縁膜に開孔し、この第1のコンタクト孔を介して前記ドレイン拡散層に接続される導電体膜からなるビット線を形成する工程と、
全面に第2の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記シールドプレート電極に達する第2のコンタクト孔を、前記第1の層間絶縁膜、前記第2の層間絶縁膜、及び前記シールドプレート電極を覆っている絶縁膜に開孔し、この第2のコンタクト孔を介して前記シールドプレート電極に接続される導電体膜からなり、前記シールドプレート電極を前記マトリクスの行方向において接続する配線層を形成する工程とを有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device in which element isolation is performed between a plurality of memory cell transistors arranged in a matrix by a shield plate electrode formed on a field region of a semiconductor substrate via a shield gate insulating film. And
Injecting a first conductivity type impurity into the memory cell region and the field region of the first conductivity type semiconductor substrate;
Forming a shield gate insulating film on a surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type;
Forming a semiconductor film doped with an impurity of the second conductivity type on the shield gate insulating film;
Processing the semiconductor film doped with impurities of the second conductivity type to form shield plate electrodes with patterns separated from each other in the row direction and the column direction of the matrix;
Covering the shield plate electrode with an insulating film, forming a field shield element isolation structure on the field region, and removing a shield gate insulating film formed on the element region sandwiched between the field regions; ,
Forming a gate insulating film on an element region sandwiched between the field regions;
Forming a word line serving as a gate electrode of a memory cell transistor on the gate insulating film;
Forming a first interlayer insulating film on the entire surface after forming the drain diffusion layer of the memory cell transistor;
A first contact hole reaching the drain diffusion layer is opened in the first interlayer insulating film, and a bit line made of a conductor film connected to the drain diffusion layer through the first contact hole is formed. And a process of
Forming a second interlayer insulating film on the entire surface;
A second contact hole reaching the shield plate electrode is opened in the insulating film covering the first interlayer insulating film, the second interlayer insulating film, and the shield plate electrode, and this second contact is formed. A non-volatile semiconductor memory device comprising a step of forming a wiring layer comprising a conductive film connected to the shield plate electrode through a hole and connecting the shield plate electrode in a row direction of the matrix. Manufacturing method.
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