JPH039560A - Ｐｎ接合を単位とする半導体装置 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明はＰＮ接合を単位とする半導体装置に関し１例え
ばＲＯＭやＰＬＤ（プログラマブル・ロジック・デバイ
ス）などに用いられる半導体装置や、トリミングされて
抵抗値が調整された抵抗素子に関するものである。

（従来の技術） 半導体メモリ装置には、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ
、ＥＥＰＲＯＭがある。このうち、ＥＰＲＯＭとＥＥＰ
ＲＯＭはフローティングゲ−１−に電荷をｆＪｊＡする
ことによってデータの書込みを行なうので、蓄積された
電荷がリークすることにより、信頼性、特にデータ保持
特性に問題をもっている。

ＲＯＭはデータを書込む段階によっているいろな方式が
ある。メモリセル部分にフィールド酸化膜を形成するか
否かによりデータを書き込む方式や、イオン注入をする
かしないかでしきい値電圧を異ならせることによりデー
タを書き込む方式では、データ書込みのためのプロセス
がウェハプロセスの初期の段階にあるため、ユーザから
のデータ入手から製品の出荷までに時間がかかる。メモ
リセルと配線とのコンタクトの有無によりデータを書き
込む方式は出荷までの時間が短かくて済む。

ＦＲＯＭはヒユーズを切断するか否かによりデータを書
き込む方式のものが多い。

基準抵抗をもった半導体集積回路装置では、抵抗値を調
整することのできるトリミング素子を備え、ウェハプロ
セスの後段の工程でチッフ毎にトリミングを施して抵抗
値を調整している。従来のトリミング素子はヒユーズの
切断を利用しているため、電流の双方向での抵抗値が等
しく、電流方向によって異なる抵抗値をもつような抵抗
を構成することができない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明はＲＯＭに用いる場合には比較的後段のプロセス
でデータ書込みを行なうことができ、ＰＲＯＭとしても
用いることができ、データ保持特性の優れた半導体メモ
リ装置を提供することを目的とするものである。

本発明を抵抗素子として用いるときは、電流の方向によ
って異なる抵抗値をもつ抵抗素子とすることができ、ト
リミング素子として用いることもでき、その場合でもト
リミングされた結果電流の方向によって異なる抵抗素子
となるものを提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明ではメモリセルや抵抗素子の単位としてＰＮ接合
を用いる。そのＰＮ接合がｌｉｔ結晶シリコンにてなる
ものか、多結晶シリコンにてなるものかによってデータ
の書込みを行なったり、電流値を調整する。

半導体メモリ装置として用いるときは、メモリセルがＰ
Ｎ接合よりなり、書き込むべき情報に応じてメモリセル
のＰＮ接合が単結晶シリコンにてなるＰＮ接合又は甲、
結晶でないシリコンにてなるＰＮ接合となっており、単
結晶でないシリコンにてなるＰＮ接合の逆方向電流が十
分に流れ、単結晶シリコンにてなるＰＮ接合の逆方向電
流が殆んど流れない逆方向電圧をメモリセルに印加して
読出しを行なう。

抵抗素子として用いるときは、複数個のＰＮ接合を直列
又は並列に接続してなり、一部又は全てのＰＮ接合が単
結晶シリコンにてなり、残りのＰＮ接合がｍ結晶でない
シリコンにてなり、電流の方向によって独立した抵抗値
を示す。

（作用） 第２図にＰ　Ｎ接合とその電圧−電流特性を示す。

（Ａ）はＰＮ接合を表わしている。ＰＮ接合が多結晶シ
リコンで形成されているときは、その電圧−電流特性は
（Ｂ）に示されるようにダイオード特性を示さない。一
方、ＰＮ接合が単結晶シリコンで形成されているときは
、（Ｃ）に示されるようにダイオード特性を示す。

本発明を半導体メモリ装置に適用し、メモリセルをＰＮ
接合とした場合、メモリセルにＮ型領域が正でＰ型領域
が負になるような逆方向の電圧で、しかもその大きさは
絶対値が降伏電圧ｖｂの絶対値よりも小さく、多結晶シ
リコンのＰＮ接合では十分に電流の流れる電圧を印加す
る。多結晶シリコンのセルでは電流が流れるが、単結晶
シリコンのセルでは電流が流れないことから、メモリセ
ルに書き込まれたデータを読出すことができる。

本発明を抵抗素子に適用するときは、その抵抗素子に含
まれるＰＮ接合が多結晶シリコンで形成されているか単
結晶シリコンで形成されるかにより、多結晶シリコンの
場合は順方向と逆方向で同程度に電流が流れるのに対し
、単結晶シリコンの方では順方向には電流が流れるが逆
方向には殆んど電流が流れないため、多結晶シリコンと
単結晶シリコンのＰＮｌ’３合の割合によって電流方向
で異なる抵抗値を調整することができる。

（実施例） 第１図は本発明をＲＯＭやＦ　ＲＯＭなどの半導体メモ
リ装置に用いた場合の実施例を表わしている。

２は基板であり、例えばシリコン基板を用いる。

基板２の表面はシリコン酸化膜などの絶縁膜４で被われ
ている。絶縁膜４上にはメモリセルを促成するＰＮ接合
ＰＮＯとＰＮＩが形成されている。

ＰＮＯは単結晶シリコンにてなり、ＰＮＩは多結晶シリ
コンにてなる。、６は眉間絶縁膜であり、コンタクトホ
ールが設けられ、それぞれのＰＮ接合にアルミニウムな
どのメタル配線８が接続されている。

ＰＮ接合は書き込むべきデータに応じて例えばロジック
の「０」を単結晶シリコンのＰＮ接合に対応させ、ロジ
ックの「１」を多結晶シリコンのＰＮ接合に対応させる
。読出しの際は単結晶シリコンのＰＮ接合の降伏電圧よ
り絶対値の小さい逆方向電圧を印加して電流が流れるか
否かによって読出しを行なう。

第３図に本発明を抵抗素子に用いた実施例を表わす。

配線１０と１２の間に複数個のＰＮ接合が並列接続され
ている。１４はＰＮ接合と配線１０，１２を接続するコ
ンタクトである。

いま、これらのＰＮ接合をＰＮ接合群ＰＮＪ　１とＰＮ
Ｊ　２にグループ化する。ＰＮＪ　１では配線１２側が
Ｐ型、配線１ｏ側がＮ型であり、ＰＮＪ２では逆に配線
１０側がＰ型、配線１２側がＮ型である。

ＰＮＪ　１に属するＰＮ接合が単結晶シリコンで形成さ
れており、ＰＮＪ２に含まれるＰＮ接合が多結晶シリコ
ンで形成されているようにトリミングを施したとすれば
、単結晶化されたＰＮＪ　１のＰＮ接合では配線１２か
ら配線１０方向には電流が流れるが、配線１０から配線
１２方向には電流が流れない。一方、Ｉ）ＮＪ２では双
方向に電流が流れる。その結果、配線１０から配線１２
方向への抵抗値が配線１２から配線１０方向への抵抗値
よりも大きくなる。

逆に、ＰＮＪＩに属するＰＮ接合が多結晶シリコンで形
成されており、ＰＮＪ２に含まれるＰＮ接合がｊ１１結
品シリコンで形成されているようにトリミングを施した
とすれば、配線１２から配線１０方向への抵抗値が配線
１０から配線１２方向への抵抗値よりも大きくなる。

両グループＰＮＪ　１とＰＮＪ　２のＰＮ接合をともに
単結晶シリコンとすれば、両方向の抵抗値を大きくする
ことができる。

抵抗値を大きくする度合いは、いくつのＰＮ接合を単結
晶シリコンで形成するかで決定され、その刻み幅は多結
晶シリコンのＰＮ接合のサイズと抵抗値で決めることが
できる。

第３図には方向の異なるＰＮ接合を並列に接続している
が、全てのＰＮ接合を同方向に接続し、一方向のみの抵
抗値を調整するようにしてもよい。

」二記の実施例において、ＰＮ接合を形成する多結晶シ
リコンを非晶質シリコンとしても同様の結果を得ること
ができる。

次に、上記の実施例の製造方法について説明する。

第４図は第１図に対応した製造方法であるが。

抵抗素子の場合も同様である。

（Ａ）シリコン基板２上に絶縁膜４を形成する。

絶縁膜４は例えば熱酸化によるシリコン酸化膜などであ
る。

絶縁膜４上に多結晶シリコン膜を減圧ＣＶＤ法などの方
法により約５０００人の厚さに形成する。

その多結晶シリコン膜にＰ型不純物とＮ型不純物をイオ
ン注入し、写真製版とエツチングによってパターン化を
施して多結晶シリコンにてなるＰＮ接合２０．２２を形
成する。ＰＮ接合２０．２２の形成の際、イオン注入と
パターン化の工程は順序が逆であってもよい。

（Ｂ）所定のＰＮ接合を単結晶化するために、レーザー
溶融再結晶化法を用いる。すなわち、ＰＮ接合２０．２
２が形成された基板上部に窒化シリコン膜２２を約８０
０人の厚さに減圧ＣＶＤ法などの方法により形成し、そ
の上に減圧ＣＶＤ法などの方法により二酸化シリコン膜
２４を約１０００人の厚さに形成する。二酸化シリコン
膜２４の表面をポリエチレングリコール層２６で被った
後、ポリエチレングリコール層２６の表面に接して光学
ガラス板２８を設ける。

（Ｃ）光出力３Ｗ程度のアルゴンイオンレーザ−のビー
ム３０をレンズで集光して単結晶化しようとするＰＮ接
合に照射して溶融させ、溶融部分３２を冷却することに
より、そのＰＮ接合が単結晶シリコンにてなるＰＮ接合
に変わる。

レーザビーム３０をＰＮ接合の多結晶シリコンに照射す
るために１例えばレーザビーム３０を固定しておいて基
板２を移動させてもよく、又は基板２を固定しておいて
レーザビーム３０を偏向素子を用いて走査するようにし
てもよい。

（Ｄ）その後、光学ガラス板２８．ポリエチレングリコ
ール層２６、二酸化シリコン膜２４．窒化シリコン膜２
２を除去する。

その後、層ｒＪＪ絶縁膜６を形成し、コンタクトホール
をあけ、アルミニウムなどの配線８を形成する。

実施例ではＰＮ接合（ＰＮＯやＰＮＩ）の下層には絶縁
膜４しか示されていないが、ＰＮ接合の下層にＭＯＳト
ランジスタなどが存在して三次元構造となっている場合
にも適用することができる。

上記の製造方法において、ポリエチレングリコール層は
冷却媒体として用いているが、冷却媒体としては他にポ
リエチレンエーテル、ポリエチレンエステル、ポリプロ
ピレンオキシドなど、一般に表面活性剤として知られる
ものを用いることができる。

溶融再結晶化させるために、レーザービームを照射して
いるが、レーザービームに代えて他のエネルギービーム
、例えば他の光ビーム、電子ビーム、又は熱線などを用
いることもできる。

また、多結晶シリコンとポリエチレングリコール層の間
に２層の誘電体層２２．２４を設けているが、誘電体層
は１層とすることもできるし、省略することもできる。

（発明の効果） 本発明を半導体メモリ装置に適用したときは、予めメモ
リセルを多結晶シリコンのＰＮ接合で形成しておき、そ
のＰＮ接合を単結晶化するか否かによってデータの書込
みを行なうことができるので、ウェハプロセスの後段の
プロセスでデータ書込みを行なうことができ、ユーザか
らのデータ入手から製品出荷までの期間を短縮すること
ができる。

また、ＰＮ接合の単結晶化によってデータ書込みを行な
うので、データの反転という信頼性上の問題がなくなる
。

本発明を抵抗素子に適用したときは、その抵抗素子に含
まれる複数のＰＮ接合の一部又は全てを単結晶化するこ
とにより抵抗値を調整するので、電流方向による抵抗値
を独立して調整することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例を示す断面図、第２図はダイオードと
その電圧−電流特性を示す図であり、（Ａ）はダイオー
ド、（Ｂ）は多結晶シリコンの場合の特性、（Ｃ）は単
結晶シリコンの場合の特性である。第３図は他の実施例
を示す平面図、第４図は一実施例の製造方法を示す工程
断面図である。 ２・・・・・・シリコン基板、４・・団・二酸化シリコ
ン膜、ＰＮＯ，ＰＮＩ・・・・・・ＰＮ接合、ＰＮＪＩ
、ＰＮＪ２・・・・・・ＰＮ接合群。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）メモリセルがＰＮ接合よりなり、書き込むべき情
   報に応じてメモリセルのＰＮ接合が単結晶シリコンにて
   なるＰＮ接合又は単結晶でないシリコンにてなるＰＮ接
   合となっており、単結晶でないシリコンにてなるＰＮ接
   合の逆方向電流が十分に流れ、単結晶シリコンにてなる
   ＰＮ接合の逆方向電流が殆んど流れない逆方向電圧をメ
   モリセルに印加して読出しを行なう半導体メモリ装置。
2. （２）複数個のＰＮ接合を直列又は並列に接続してなり
   、一部又は全てのＰＮ接合が単結晶シリコンにてなり、
   残りのＰＮ接合が単結晶でないシリコンにてなり、電流
   の方向によって独立した抵抗値を示す抵抗素子。