(57)【要約】【課題】従来のマスクＲＯＭではイオン注入孔２４が見かけ上ランダムに並んでいる。イオン注入孔２４が密なところと疎なところでは、ガラスマスク上のイオン注入孔の寸法は同一であるのに、フォトレジストのイオン注入孔２４の寸法が互いに同一にならない。【解決手段】どのトランジスターのゲート１３にイオン注入をするかはフォトレジストのイオン注入孔１６で決め、イオン注入する位置・面積を正確に決めるのにアルミニウム膜のイオン注入孔１５を使う。アルミニウム膜のイオン注入孔１５はプログラムコードと関係なく全トランジスターのゲート１３に設けるので光近接効果の影響を受けない。【選択図】　図５
2004119752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板に少なくとも拡散層、ゲート酸化膜、ゲート電極、層間絶縁層、金属配線を形成し、前記拡散層、前記ゲート酸化膜、前記ゲート電極により形成される多数のトランジスターのうち、プログラムコードにより指定されるトランジスターに対してイオン注入をおこない、当該トランジスターのスレショールド電圧を変えて前記プログラムコードを書き込むマスクＲＯＭにおいて、
前記金属配線の元の金属膜に形成したイオン注入孔とフォトレジストに形成したイオン注入孔を重ねて前記イオン注入の孔とし、前記フォトレジストに形成したイオン注入孔が、前記金属膜に形成したイオン注入孔より一回り大きいことを特徴とするマスクＲＯＭ。
【請求項２】
請求項１記載の発明において、前記金属膜に形成したイオン注入孔を、前記プログラムコードと関係なくほとんど全ての前記トランジスターに対して設け、前記フォトレジストに形成したイオン注入孔を、前記プログラムコードにより指定された前記トランジスターに対して設けたことを特徴とするマスクＲＯＭ。
【請求項３】
請求項２記載の発明において、前記金属膜の材質がアルミニウム、チタン、銅、タングステン、またはそれらの合金のいずれかであることを特徴とするマスクＲＯＭ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマスクＲＯＭの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マスクＲＯＭ（ｍａｓｋ　ｒｅａｄ　ｏｎｌｙ　ｍｅｍｏｒｙ）は、記憶させるデータ（プログラムコード）を製造工程中にフォトマスクを使用して書き込む半導体メモリーである。マスクＲＯＭはシリコンウェハーの表面に形成される。まずマスクＲＯＭの従来の製造方法を工程順に述べる。以下の図は全てマスクＲＯＭのメモリーセル付近の拡大部分平面図である。
【０００３】
（１）まず図７のように縦に非常に細長いＨ形の拡散層２１を形成する。この拡散層２１は後に、直列につながった多数のトランジスターのソースとドレインになる。
【０００４】
（２）次に全面に薄いゲート酸化膜（図示せず）を形成した後、図８のようにゲート電極２２を形成する。このゲート電極２２の材料はポリシリコンである。ゲート電極２２は拡散層２１に直交している。ゲート電極２２と拡散層２１が交差する部分がトランジスターのゲート２３になる。図８にはゲート電極２２が５本だけ描いてあるが、実際は非常に多い。ゲート電極２２は後にワード線になる。
【０００５】
（３）次に全面に厚い層間絶縁膜（図示せず）を形成した後、フォトレジスト（図示せず）を塗布し、そのフォトレジストに図９のようにイオン注入孔２４を形成する。このイオン注入孔２４は各トランジスターのゲート２３の位置に合わせて形成する。しかし全トランジスターに対してイオン注入孔２４を形成するのではなく、プログラムコードに従い必要なトランジスターだけにイオン注入孔２４を形成する。このときプログラムコードがフォトリソグラフィーのマスクのパターンで表わされる。これに因み、この種のメモリーをマスクＲＯＭと呼ぶ。イオン注入孔２４は本当はプログラムコードに従って並んでいるが、見かけ上はランダムに並んでいる。このようにイオン注入孔２４がランダムに並んでいるため、後述の問題点が生じる。
【０００６】
（４）次にイオン注入を行なう。イオンはフォトレジストに阻止されるため、イオン注入孔２４の所だけに拡散層２１に注入される。つまりイオン注入されるのはトランジスターのゲート２３直下の拡散層２１である。イオン注入されたトランジスターはゲート２３のスレショールド電圧が変化するため、イオン注入されていないトランジスターと比べると、あるゲート電圧ではＯＮ・ＯＦＦが逆になる。この機能によりデータが保存できるようになる。
【０００７】
（５）次にイオン注入用のフォトレジストを剥離し、図１０のように、層間絶縁膜（図示せず）にコンタクト孔２５を形成する。コンタクト孔２５の底には拡散層２１が露出する。なお図１０ではイオン注入箇所２６を細かい点で示した。
【０００８】
（６）次に図１１のように、ゲート電極２２と直交した（すなわち拡散層２１と平行な）アルミニウム配線２７を形成する。アルミニウム配線２７はコンタクト孔２５を埋め、コンタクト孔２５の底の拡散層２１とつながる。これによりアルミニウム配線２７はトランジスターのソース・ドレインのリード線となる。アルミニウム配線２７は後にビット線となる。図１１でもイオン注入箇所２６を細かい点で示した。その後表面保護膜（図示せず）などを形成する。以上が従来のマスクＲＯＭの製造方法である。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６−８５２１１号公報
【特許文献２】
特開平１１−２５１４５９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のマスクＲＯＭの製造方法の（３）で説明したように、イオン注入孔２４は本当はプログラムコードに従って並んでいるが、見かけ上はランダムに並んでいる。この場合イオン注入孔２４が密なところと疎なところでは、ガラスマスク上のイオン注入孔の寸法は同一であるのに、フォトレジストのイオン注入孔２４の寸法が互いに同一にならない。（これは光近接効果として知られている。）フォトレジストのイオン注入孔２４の寸法が場所によって異なると、イオン注入量がトランジスターにより異なることになる。これによりイオン注入したトランジスターのスレショールド電圧がばらつく。このことは稀ながらデータエラーを引き起こすおそれがある。
【００１１】
この問題を解決するために、特許文献１では、フォトレジストでイオン注入孔を形成することを止め、アルミニウム膜でイオン注入孔を形成するようにしている。確かにフォトレジストよりアルミニウム膜の方が孔の寸法精度が良いが、イオン注入孔がランダムに並んでいることは変わらない。従って、場所によりイオン注入孔の大きさがばらつくという問題は解決できていないと思われる。
【００１２】
また特許文献２では、アルミニウム配線の上にフォトレジストを塗布し、アルミニウム配線の端をフォトレジストから露出させ、イオン注入孔を形成している。これもアルミニウム配線の方がフォトレジストより寸法精度が良いことを利用している。しかしアルミニウム配線をそのまま利用するとイオン注入孔の位置が自由に選べない。これはチップサイズの拡大に結びつく。またアルミニウム配線の端は縦方向しかないから、横方向は従来同様フォトレジストの端を使うことになり、横方向の寸法精度が良くない。
【００１３】
本発明の目的は、全てのイオン注入孔の寸法を精度良く同一にすることである。本発明では、それを実現しながら、イオン注入孔の位置を自由に選べるようにし、チップサイズが大きくなることを避けている。更に本発明では、イオン注入の工程を従来より後ろに持ってくるので、ユーザーから注文を受けてからマスクＲＯＭを出荷するまでの日数を短縮することもできる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明ではアルミニウム膜にイオン注入孔を設け、さらにフォトレジストにもイオン注入孔を設けた。したがってイオン注入孔は二重になっている。しかしアルミニウム膜とフォトレジストではイオン注入孔の大きさと配置が異なる。大きさについては、フォトレジストのイオン注入孔の大きさの方がアルミニウム膜のイオン注入孔より一回り大きい。この理由は、元来アルミニウム膜の孔の方が寸法精度が良いから、実際にイオン注入するマスクにはアルミニウム膜の方が適しているからである。
【００１５】
イオン注入孔の配置については、アルミニウム膜のイオン注入孔はプログラムコードと関係なく全トランジスターのゲートに設けるが、フォトレジストのイオン注入孔はプログラムコードに従い必要なトランジスターのゲートに設ける。このようにするとアルミニウム膜のイオン注入孔は規則正しく配列するので、光近接効果が生じない。そのためアルミニウム膜のイオン注入孔は全て同一の寸法・面積に形成できる。一方フォトレジストのイオン注入孔はプログラムコードにより配置し、マスクＲＯＭのプログラムをするが、このときフォトレジストのイオン注入孔は、アルミニウム膜のイオン注入孔を隠すか、露出させるかという役割であるから、寸法精度が悪くても問題無い。
【００１６】
つまり本発明では、どのトランジスターのゲートにイオン注入をするかはフォトレジストのパターンで決め、イオン注入する位置・面積を正確に決めるのにアルミニウム膜のパターンを使う。このようにフォトレジストとアルミニウム膜を役割分担させることにより、イオン注入の位置・面積を正確にコントロールできるようになる。
【００１７】
請求項１記載の発明は、シリコン基板に少なくとも拡散層、ゲート酸化膜、ゲート電極、層間絶縁層、金属配線を形成し、前記拡散層、前記ゲート酸化膜、前記ゲート電極により形成される多数のトランジスターのうち、プログラムコードにより指定されるトランジスターに対してイオン注入をおこない、当該トランジスターのスレショールド電圧を変えて前記プログラムコードを書き込むマスクＲＯＭにおいて、前記金属配線の元の金属膜に形成したイオン注入孔とフォトレジストに形成したイオン注入孔を重ねて前記イオン注入の孔とし、、前記フォトレジストに形成したイオン注入孔が、前記金属膜に形成したイオン注入孔より一回り大きいことを特徴とするマスクＲＯＭである。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記金属膜に形成したイオン注入孔を、前記プログラムコードと関係なくほとんど全ての前記トランジスターに対して設け、前記フォトレジストに形成したイオン注入孔を、前記プログラムコードにより指定された前記トランジスターに対して設けたことを特徴とするマスクＲＯＭである。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記金属膜の材質がアルミニウム、チタン、銅、タングステン、またはそれらの合金のいずれかであることを特徴とするマスクＲＯＭである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明のマスクＲＯＭの一実施例の製造方法を工程順に述べる。マスクＲＯＭはシリコンウェハーの表面に形成される。以下の図は全てマスクＲＯＭのメモリーセル付近の拡大部分平面図である。
【００２１】
（１）まず図１のように縦に非常に細長いＨ形の拡散層１１を形成する。この拡散層１１は後に、直列につながった多数のトランジスターのソースとドレインになる。
【００２２】
（２）次に全面に薄いゲート酸化膜（図示せず）を形成した後、図２のようにゲート電極１２を形成する。このゲート電極１２の材料はポリシリコンである。ゲート電極１２は拡散層１１に直交している。ゲート電極１２と拡散層１１が交差する部分がトランジスターのゲート１３になる。図２にはゲート電極１２が５本だけ描いてあるが、実際は非常に多い。ゲート電極１２は後にワード線になる。
【００２３】
（３）次に全面に厚い層間絶縁膜（図示せず）を形成した後、図３のように層間絶縁膜にコンタクト孔１４を形成する。コンタクト孔１４の底には拡散層１１が露出する。
【００２４】
（４）次に全面にアルミニウム膜（図示せず）を蒸着する。アルミニウム膜はコンタクト孔１４を埋め、コンタクト孔１４の底の拡散層１１とつながる。後にアルミニウム膜はトランジスターのソース・ドレインのリード線となる。その後図４のようにアルミニウム膜にイオン注入孔１５を形成する。イオン注入孔の位置はトランジスターのゲート１３に合わせる。本発明の特徴は、このときイオン注入孔１５を全てのトランジスターのゲート１３（ゲート電極１２と拡散層１１が交差する部分）に形成することである。（したがってアルミニウム膜のイオン注入孔１５の配列はプログラムコードと関係がない。）この効果として、第一にアルミニウム膜のイオン注入孔１５は元来フォトレジストのイオン注入孔より寸法精度が良い。第二にアルミニウム膜のイオン注入孔１５がランダムでなく規則的に並んでいるから、光近接効果の影響が出ない。そのためアルミニウム膜のイオン注入孔１５の寸法が揃い、ばらつきがない。この二つの効果により、本発明におけるイオン注入孔の寸法精度は、従来に比べ良い。これが本発明の特徴である。この二つの効果を両方備えた発明はこれまでなかった。
【００２５】
（５）次に全面にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、そのフォトレジストに図５のようにイオン注入孔１６を形成する。アルミニウム膜のイオン注入孔１５はプログラムコードと無関係であったが、今度のフォトレジストのイオン注入孔１６はプログラムコードに対応した位置に形成する。すなわちプログラムコードを具体化するマスクはフォトレジストによって実現され、アルミニウム膜のイオン注入孔１５はフォトレジストによりプログラムコードに従って、オープンまたはクローズにされる。ここでフォトレジストのイオン注入孔１６はアルミニウム膜のイオン注入孔１５より一回り大きいので、フォトレジストがアルミニウム膜のイオン注入孔１５にかかることはない。従ってオープンでなければならないアルミニウム膜のイオン注入孔１５はフォトレジストに邪魔されず完全にオープンになる。一方クローズでなければならないアルミニウム膜のイオン注入孔１５はフォトレジストで１００％覆われ、完全にクローズになる。このようにして、どのトランジスターのゲートにイオン注入をするかはフォトレジストのパターンで決め、イオン注入する位置・面積を正確に決めるのにアルミニウム膜のパターンを使う。これが本発明の特徴である。従来はフォトレジストまたはアルミニウム膜のどちらか一方だけで、イオン注入をするトランジスターの選択と、イオン注入の位置・面積を決めていた。そこに従来の方法の無理があった。この二つの役割をフォトレジストとアルミニウム膜に分担させたことが本発明の特徴である。
【００２６】
（６）次に図５の状態でイオン注入を行なう。イオンはフォトレジストに阻止されるため、フォトレジストのイオン注入孔１６の所だけに拡散層に注入される。そのときイオン注入の正確な位置はアルミニウム膜のイオン注入孔１５により位置決めされる。従来はイオン注入孔の大きさが光近接効果によりばらついていたが、アルミニウム膜のイオン注入孔１５はばらつきが無いので、どのトランジスターも同一面積、同一量のイオン注入ができる。イオン注入されるのはトランジスターのゲート直下である。イオン注入されたトランジスターはゲートのスレショールド電圧が変化するため、イオン注入されていないトランジスターと比べると、あるゲート電圧ではＯＮ・ＯＦＦが逆になる。この機能によりデータが保存できるようになる。従来はイオン注入量がばらついていたため、スレショールド電圧がばらついたが、本発明ではイオン注入量がばらつかないので、スレショールド電圧がばらつかない。これが本発明の第一の効果である。
【００２７】
（７）次にイオン注入用のフォトレジストを剥離すると、イオン注入孔１５があいたアルミニウム膜（図示せず）が現われる。このアルミニウム膜をエッチングして、図６のようにアルミニウム配線１７を形成する。アルミニウム配線１７はゲート電極と直交（すなわち拡散層と平行）である。アルミニウム配線１７は後にビット線となる。イオン注入孔１５の名残りで、アルミニウム配線１７には凹みができるが実用上は問題無い。アルミニウム配線１７に凹みができないようにイオン注入孔１５を配置すると、チップサイズが大きくなるので望ましくない。なお図６ではイオン注入箇所１８を細かい点で示した。その後表面保護膜などを形成する。以上が本発明のマスクＲＯＭの製造方法である。
【００２８】
本発明のマスクＲＯＭの製造工程を従来と比較すると、従来はイオン注入の後にあったコンタクト孔形成工程が、本発明ではイオン注入の前に移動している。したがってコンタクト孔形成工程を（ユーザーからいただく）プログラムコードと関係なく済ませておける。そのため従来に比べコンタクト孔形成工程の時間だけマスクＲＯＭを早く出荷できる。マスクＲＯＭにおいては、ユーザーからプログラムコードをいただいてから製品を出荷するまでの日数（ＴＡＴ：Ｔｕｒｎ　Ａｒｏｕｎｄ　Ｔｉｍｅ）が重要である。このＴＡＴを本発明により短くすることができる。これが本発明の第二の効果である。
【００２９】
以上の説明では一貫して金属配線をアルミニウム配線としてきたが、これはアルミニウムが最も広く使われているためである。しかし配線材料はアルミニウムに限らず、チタン、銅、タングステン、またはそれらの合金の膜などでも本発明は問題なく実施できる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のマスクＲＯＭでは、どのトランジスターのゲートにイオン注入をするかはフォトレジストのパターンで決め、イオン注入する位置・面積を正確に決めるのにアルミニウム膜のパターンを使うようにした。これによりイオン注入量がばらつかないので、トランジスターのスレショールド電圧がばらつかないようになった。これが本発明の第一の効果である。
【００３１】
また本発明のマスクＲＯＭの製造工程を従来と比較すると、従来はイオン注入の後にあったコンタクト孔形成工程が、本発明ではイオン注入の前に移動している。そのため従来に比べコンタクト孔形成工程の時間だけマスクＲＯＭを早く出荷できるようになった。これが本発明の第二の効果である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマスクＲＯＭの製造工程説明図（１）
【図２】本発明のマスクＲＯＭの製造工程説明図（２）
【図３】本発明のマスクＲＯＭの製造工程説明図（３）
【図４】本発明のマスクＲＯＭの製造工程説明図（４）
【図５】本発明のマスクＲＯＭの製造工程説明図（５）
【図６】本発明のマスクＲＯＭの製造工程説明図（６）
【図７】従来のマスクＲＯＭの製造工程説明図（１）
【図８】従来のマスクＲＯＭの製造工程説明図（２）
【図９】従来のマスクＲＯＭの製造工程説明図（３）
【図１０】従来のマスクＲＯＭの製造工程説明図（４）
【図１１】従来のマスクＲＯＭの製造工程説明図（５）
【符号の説明】
１１　拡散層
１２　ゲート電極
１３　ゲート
１４　コンタクト孔
１５　イオン注入孔
１６　イオン注入孔
１７　アルミニウム配線
１８　イオン注入箇所
２１　拡散層
２２　ゲート電極
２３　ゲート
２４　イオン注入孔
２５　コンタクト孔
２６　イオン注入箇所
２７　アルミニウム配線
２７　コンタクト孔
【図１】
2004119752.tif 000003
【図２】
2004119752.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004119752.tif 000006
【図５】
2004119752.tif 000007
【図６】
2004119752.tif 000008
【図７】
2004119752.tif 000009
【図８】
2004119752.tif 000010
【図９】
2004119752.tif 000011
【図１０】
2004119752.tif 000012
【図１１】
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