JPH0629549A - Field-effect transistor - Google Patents

Field-effect transistor

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JPH0629549A
JPH0629549A JP4184890A JP18489092A JPH0629549A JP H0629549 A JPH0629549 A JP H0629549A JP 4184890 A JP4184890 A JP 4184890A JP 18489092 A JP18489092 A JP 18489092A JP H0629549 A JPH0629549 A JP H0629549A
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JP
Japan
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insulating film
film
thin film
fet
effect transistor
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Withdrawn
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JP4184890A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoru Nishikawa
哲 西川
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a field-effect transistor with a structure to increase the times for writing and erasing information. CONSTITUTION:An SiO2 film 47 and Pb(Zr-Ti)O3, namely a thin film 49 of PZT, are formed on a p-type silicon substrate 41 in this order as a gate insulation film 51. A gate electrode (control gate) 53 is provided on the gate insulation film 51. A source region 43 and a drain region 45 are provided at each side of the silicon substrate 41. Therefore, an FET can be maintained to be on or off utilizing the polarization of the PZT thin film 49, thus forming '1' or '0' state needed for a memory cell. Since no current needs to be fed to the gate insulation film, deterioration in the insulation film can be suppressed, thus increasing the times of writing and erasing information.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、不揮発性メモリのセ
ル用トランジスタとして用いて好適な電界効果トランジ
スタに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect transistor suitable for use as a cell transistor of a nonvolatile memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】不揮発性メモリのセル用トランジスタと
して、現在2つの構造の電界効果トランジスタ(以下、
「FET」ともいう。)が提案されている(例えば文献
I「Physics of Semiconductor Devices」,A Wiley-In
terscience Publication(1981)p.496〜49
7)。その一方は、いわゆるフローティングゲート型と
呼ばれるFETであり、他方は、MIOS(Metal-Insu
lator-Oxide-Semiconductor )型と呼ばれるFETであ
る。これらの動作原理について上記文献Iに従って簡単
に説明する。図7(A)及び(B)はその説明に供する
図であり、その図7(A)はフローティング型のものの
構造を概略的に示した断面図、また、図7(B)はMI
OS型のものの構造を概略的に示した断面図である。
2. Description of the Related Art Field-effect transistors having two structures (hereinafter
Also called "FET". ) Have been proposed (for example, Document I “Physics of Semiconductor Devices”, A Wiley-In
terscience Publication (1981) p. 496-49
7). One is a so-called floating gate type FET, and the other is a MIO (Metal-Insu).
It is an FET called a lator-Oxide-Semiconductor type. The principle of operation of these will be briefly described according to the above-mentioned document I. 7 (A) and 7 (B) are diagrams used for the explanation. FIG. 7 (A) is a sectional view schematically showing the structure of a floating type, and FIG. 7 (B) is MI.
It is sectional drawing which showed the structure of OS type thing roughly.

【0003】フローティングゲート型のFETは、ソー
ス領域11及びドレイン領域13が形成されたシリコン
基板15上に、ゲート絶縁膜としての第1絶縁膜17、
フローティングゲート19、第2絶縁膜21及びゲート
電極としてのコントロールゲート23をこの順に積層し
た構成とされていた。フローティングゲート19は周囲
から電気的に絶縁されている。
In the floating gate type FET, a first insulating film 17 as a gate insulating film is formed on a silicon substrate 15 on which a source region 11 and a drain region 13 are formed,
The floating gate 19, the second insulating film 21, and the control gate 23 as a gate electrode were laminated in this order. The floating gate 19 is electrically insulated from the surroundings.

【0004】このFETでは、フローティングゲート1
9に電荷が蓄積されているか否か、或いは蓄積された電
荷の符号が正か負か、或いは蓄積された電荷の大小で、
記憶状態「1」または「0」が形成される。フローティ
ングゲート19への電荷の注入は、コントロールゲート
23及び基板15間に所定電圧を印加することで第1絶
縁膜17及び第2絶縁膜21に電界をかけ、これにより
コントロールゲート23から基板15へ電流を流すこと
により、行なえる。このとき、第1絶縁膜17及び第2
絶縁膜21に流れる電流は、これら絶縁膜にかかる電界
によりそれぞれJ1 (ε1 ),J2 (ε2 )と表わせ
る。ただし、J1 は第1絶縁膜17を流れる電流、J2
は第2絶縁膜21を流れる電流、ε1 は第1絶縁膜17
にかかる電界、ε2 は第2絶縁膜21にかかる電界であ
る。そしてこのように電流が流れるとき、フローティン
グゲート19には、∫0 t [J1 (ε1 )−J
2 (ε2 )]dtで規定される電荷が蓄積される。な
お、∫0 t は積分範囲が0からtの意である。またこの
電荷の蓄積を効率良く行なうためには、第1絶縁膜17
及び第2絶縁膜21を、同じ電界で流れる電流がそれぞ
れ大きく異なる材料で、構成するのが良い。
In this FET, the floating gate 1
Whether or not the charge is accumulated in 9, whether the sign of the accumulated charge is positive or negative, or the magnitude of the accumulated charge is
A storage state "1" or "0" is formed. The charge is injected into the floating gate 19 by applying a predetermined voltage between the control gate 23 and the substrate 15 to apply an electric field to the first insulating film 17 and the second insulating film 21, and thereby the control gate 23 to the substrate 15. This can be done by passing an electric current. At this time, the first insulating film 17 and the second insulating film 17
The currents flowing in the insulating film 21 can be expressed as J 11 ) and J 22 ) by the electric fields applied to these insulating films. Where J 1 is the current flowing through the first insulating film 17 and J 2
Is the current flowing through the second insulating film 21, and ε 1 is the first insulating film 17
, Ε 2 is an electric field applied to the second insulating film 21. When the current flows in this way, the floating gate 19 has ∫ 0 t [J 11 ) −J
The charge defined by 22 )] dt is accumulated. Note that ∫ 0 t means that the integration range is 0 to t. Further, in order to efficiently accumulate this charge, the first insulating film 17
It is preferable that the second insulating film 21 and the second insulating film 21 are made of materials having different electric currents flowing in the same electric field.

【0005】なお、このFETにおいて、フローティン
グゲート19へ電荷を注入する他の方法として、このF
ETをオン状態としておき、ドレイン電流によって発生
したいわゆるチャネルホットエレクトロンをフローティ
ングゲート19に引き込む方法も知られている。
In this FET, as another method of injecting charges into the floating gate 19, this F
A method is also known in which ET is turned on and so-called channel hot electrons generated by the drain current are drawn into the floating gate 19.

【0006】一方、MIOS型のFETは、ソース領域
31及びドレイン領域33が形成されたシリコン基板3
5上に、第1絶縁膜37aおよび第2絶縁膜37bを積
層して構成したゲート絶縁膜37と、コントロールゲー
ト39とをこの順に具える構成とされていた。ただし、
第1絶縁膜37aは電子トラップ密度の小さな材料で構
成され、第2絶縁膜37bは電子トラップ密度の大きな
材料で構成されていた。このMIOS型のFETでは、
コントロールゲート39及び基板35間に所定極性で電
圧を印加し基板33側からコントロールゲート39側に
電子を注入するとこの電子が第2絶縁膜37bにトラッ
プされる。第2絶縁膜37bに電子がトラップされてい
るか否かにより、「0」または「1」を記憶することが
できた。
On the other hand, the MIOS type FET has a silicon substrate 3 on which a source region 31 and a drain region 33 are formed.
5, a gate insulating film 37 formed by stacking a first insulating film 37a and a second insulating film 37b on top of each other and a control gate 39 are provided in this order. However,
The first insulating film 37a is made of a material having a low electron trap density, and the second insulating film 37b is made of a material having a high electron trap density. In this MIOS type FET,
When a voltage is applied between the control gate 39 and the substrate 35 with a predetermined polarity and electrons are injected from the substrate 33 side to the control gate 39 side, the electrons are trapped in the second insulating film 37b. "0" or "1" could be stored depending on whether or not electrons were trapped in the second insulating film 37b.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来のメモリセル用のFETでは、情報の書き込み及び
消去を行なう際、フローティング型にあっては第1絶縁
膜17に、また、MIOS型にあっては第1及び第2絶
縁膜37a,37bに、それぞれ電流を流す必要があ
る。これら絶縁膜には、弱い電界では微小電流しか流れ
ずこのため情報書き込み及び消去を実用的な時間で行な
えないのでこれを回避するために、高電界が印加され
る。しかしそうすると、絶縁膜の耐圧が劣化し絶縁破壊
に至り易くなるため情報書き込み及び消去回数がおのず
と制約される。したがって、メモリセル用のFETで
は、情報の書き込み及び除去回数をいかに高めるかが重
要な課題であった。
However, in the above-mentioned conventional FET for a memory cell, when writing and erasing information, the floating type has the first insulating film 17 and the MIOS type. As a result, it is necessary to pass a current through each of the first and second insulating films 37a and 37b. A weak electric field causes only a minute current to flow through these insulating films, and therefore information writing and erasing cannot be performed in a practical time. Therefore, a high electric field is applied to avoid this. However, in that case, the breakdown voltage of the insulating film is deteriorated and dielectric breakdown is likely to occur, so that the number of times of writing and erasing information is naturally limited. Therefore, how to increase the number of times of writing and removing information has been an important issue in FETs for memory cells.

【0008】この発明はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従ってこの発明の目的は情報書き込み及び消
去回数を従来より向上させることができる構造を有する
電界効果トランジスタを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and therefore an object of the present invention is to provide a field effect transistor having a structure capable of improving the number of times of writing and erasing information as compared with the prior art.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明によれば、半導体基板上にゲート絶縁膜及
びゲート電極をこの順に具える電界効果トランジスタに
おいて、ゲート絶縁膜を、半導体基板側から順に設けた
強誘電体以外の絶縁膜と強誘電体薄膜との積層体で構成
したことを特徴とする。
In order to achieve this object, according to the present invention, in a field effect transistor having a gate insulating film and a gate electrode on a semiconductor substrate in this order, the gate insulating film is formed on the semiconductor substrate. It is characterized in that it is composed of a laminated body of an insulating film other than the ferroelectric substance and a ferroelectric thin film provided in order from the side.

【0010】ここで、強誘電体薄膜の構成材料は種々の
強誘電体を用いることができる。例えば、ヘロブスカイ
ト系の例えばPb(Zr−Ti)O3 いわゆるPZT、
BaTiO3 などを用いることができる。また、強誘電
体以外の絶縁膜としては例えばシリコン酸化膜、シリコ
ン窒化膜などを用いることができる。
Here, various ferroelectric materials can be used as the constituent material of the ferroelectric thin film. For example, a perovskite-based material such as Pb (Zr-Ti) O 3 so-called PZT,
BaTiO 3 or the like can be used. As the insulating film other than the ferroelectric material, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like can be used.

【0011】[0011]

【作用】この発明の構成によれば、ゲート絶縁膜のうち
の強誘電体以外の絶縁膜で構成された部分が従来のゲー
ト絶縁膜として機能し、強誘電体薄膜で構成された部分
が強誘電体薄膜キャパシタとして機能するFETが、得
られる。この強誘電体薄膜キャパシタでは、ゲート電極
に印加される電圧に応じ静電誘導が生じこの電圧に対応
する分極値を示す。また、強誘電体以外の絶縁膜で構成
された部分には上記分極値に対応する電圧がかかる。こ
れら分極値及び電圧はゲート電極をフローティングにす
ることにより保持される。また、強誘電体薄膜キャパシ
タでの上記分極値は、ゲート電極に印加する電圧を工夫
することにより、当該FETをオン状態とさせ得る電圧
を与える分極値、或いは、当該FETをオフ状態とさせ
得る電圧を与える分極値とできる。FETのこのような
オン状態又はオフ状態はメモリセルでの記憶状態「1」
または「0」として利用できる。このように、この発明
のFETでは「0」及び「1」の記憶状態は、絶縁膜を
通して電荷注入を行なって形成されるのではなく静電誘
導を利用して形成される。このため、電流に起因する絶
縁膜劣化を防止できるので、情報書き込み回数の制限を
無くすことができ、また、書き込み時間の向上も期待で
きる。また、記憶の保持時間は強誘電体薄膜の特性のみ
により決定できる。
According to the structure of the present invention, the part of the gate insulating film formed of the insulating film other than the ferroelectric film functions as a conventional gate insulating film, and the part formed of the ferroelectric thin film becomes strong. An FET that functions as a dielectric thin film capacitor is obtained. In this ferroelectric thin film capacitor, electrostatic induction occurs according to the voltage applied to the gate electrode, and exhibits a polarization value corresponding to this voltage. In addition, a voltage corresponding to the above-mentioned polarization value is applied to a portion formed of an insulating film other than the ferroelectric substance. These polarization values and voltages are held by floating the gate electrode. The polarization value of the ferroelectric thin film capacitor can be a polarization value that gives a voltage that can turn on the FET, or the FET can be turned off by devising the voltage applied to the gate electrode. It can be a polarization value that gives a voltage. Such an ON state or OFF state of the FET is the storage state "1" in the memory cell.
Or it can be used as "0". As described above, in the FET of the present invention, the memory states of "0" and "1" are not formed by injecting charges through the insulating film but formed by using electrostatic induction. Therefore, the deterioration of the insulating film due to the current can be prevented, so that the limitation on the number of times of writing information can be eliminated, and the writing time can be expected to be improved. The retention time of memory can be determined only by the characteristics of the ferroelectric thin film.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の電界効果ト
ランジスタの実施例について説明する。しかしながら、
説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に、各構
成成分の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示して
あるにすぎない。
Embodiments of the field effect transistor of the present invention will be described below with reference to the drawings. However,
Each of the drawings used for the description only schematically shows the shape, size and arrangement relationship of each constituent component to the extent that the present invention can be understood.

【0013】1.構造及びその製法説明 図1は実施例の電界効果トランジスタの構造を概略的に
示した断面図である。ここでは、Nチャネルの電界効果
トランジスタの例で説明する。
1. Structure and Description of Manufacturing Method Thereof FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a field-effect transistor of an embodiment. Here, an example of an N-channel field effect transistor will be described.

【0014】この電界効果トランジスタは、半導体基板
としてのp型シリコン基板41にソース領域43及びド
レイン領域45を具え、さらにこのシリコン基板41上
に、強誘電体以外の絶縁膜としてのSiO2 膜47と強
誘電体薄膜としてのPb(Zr−Ti)O3 いわゆるP
ZTの薄膜49とをこの順に積層して構成したゲート絶
縁膜51を具え、さらにこのゲート絶縁膜51上にゲー
ト電極(コントロールゲート)53を具える構成となっ
ている。なお、図1において55は、閾値調整用イオン
注入領域である。
This field effect transistor comprises a p-type silicon substrate 41 as a semiconductor substrate, a source region 43 and a drain region 45, and a SiO 2 film 47 as an insulating film other than the ferroelectric substance on the silicon substrate 41. And Pb (Zr-Ti) O 3 as a ferroelectric thin film, so-called P
The gate insulating film 51 is formed by stacking a ZT thin film 49 in this order, and a gate electrode (control gate) 53 is further provided on the gate insulating film 51. Incidentally, reference numeral 55 in FIG. 1 denotes a threshold adjustment ion implantation region.

【0015】このFETは例えば次のような手順で形成
できる。p型シリコン基板41に公知の方法により素子
間分離用絶縁膜(図示せず)を形成する。次に、このシ
リコン基板41表面に例えば熱酸化法によりSiO2
を形成する。次に、電界効果トランジスタの閾値調整の
ために、このシリコン基板41に所定不純物をイオン注
入法により注入する。次に、このシリコン基板41のS
iO2 膜上にPZTの薄膜を形成する。このPZTの薄
膜は、例えばスパッタ法、CVD法、或いは、塗布溶液
を用いたスピンコート法などの好適な方法により形成で
きる。次に、PZTの薄膜の特性を向上させる目的でこ
の薄膜に対しアニール処理を施した後、この薄膜上にゲ
ート電極形成用薄膜を形成する。このゲート電極形成用
薄膜は、例えば、n+ ポリシリコン、或いは、n+ ポリ
シリコン及びこの上に形成されたWシリサイド、或いは
タングステン(W)など公知の種々のもので構成でき
る。次に、通常のリソグラフィ技術及びエッチング技術
によりゲート電極形成用薄膜、PZTの薄膜及びSiO
2 膜をそれぞれゲート電極形状に加工する。これによ
り、基板41上にゲート電極51、PZTの薄膜49及
びSiO2 膜47が形成される。次に、ソース領域43
及びドレイン領域45を形成するために、ゲート電極5
3をマスクとしてシリコン基板41にn型不純物をイオ
ン注入法により注入する。
This FET can be formed by the following procedure, for example. An insulating film (not shown) for element isolation is formed on the p-type silicon substrate 41 by a known method. Next, a SiO 2 film is formed on the surface of the silicon substrate 41 by, for example, a thermal oxidation method. Next, in order to adjust the threshold value of the field effect transistor, a predetermined impurity is implanted into this silicon substrate 41 by an ion implantation method. Next, S of the silicon substrate 41
A thin film of PZT is formed on the iO 2 film. The PZT thin film can be formed by a suitable method such as a sputtering method, a CVD method, or a spin coating method using a coating solution. Next, after the thin film is annealed for the purpose of improving the characteristics of the PZT thin film, a thin film for forming a gate electrode is formed on the thin film. This thin film for forming a gate electrode can be made of n + polysilicon, or n + polysilicon and W silicide formed thereon, or tungsten (W). Next, a gate electrode forming thin film, a PZT thin film, and a SiO film are formed by ordinary lithography and etching techniques.
Each of the two films is processed into a gate electrode shape. As a result, the gate electrode 51, the PZT thin film 49 and the SiO 2 film 47 are formed on the substrate 41. Next, the source region 43
And the gate electrode 5 to form the drain region 45.
3 is used as a mask to implant an n-type impurity into the silicon substrate 41 by an ion implantation method.

【0016】2.動作方法の説明 次に、この発明の理解を深めるために、実施例の電界効
果トランジスタを用い不揮発性メモリ装置を構成した場
合のその動作について説明する。図2は図1のFETを
用い構成した不揮発性メモリ装置の1つのメモリセル部
分の等価回路図である。この図2において、61はコン
トロールゲートライン、63はワードライン、65はビ
ットラインである。
2. Explanation of Operating Method Next, in order to deepen the understanding of the present invention, the operation of the case where the nonvolatile memory device is constructed using the field effect transistor of the embodiment will be explained. FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of one memory cell portion of the nonvolatile memory device configured by using the FET of FIG. In FIG. 2, 61 is a control gate line, 63 is a word line, and 65 is a bit line.

【0017】この不揮発性メモリ装置では、詳細は後述
するが、コントロールゲートライン61に印加するパル
スとビットライン63に印加するパルスとの組み合わせ
によりキヤパシタCf の分極状態を違え、そして、これ
ら分極状態の違いによりFETをオン状態またはオフ状
態とし、これらオン状態又はオフ状態でメモリセルの
「0」状態又は「1」状態を形成できる。また、各セル
の記憶状態は、ワードライン63及びビットライン65
を走査してこれらライン63,65間の導通状態即ちF
ETのオン/オフ状態を検出することにより読み出すこ
とができる。
In the non-volatile memory device, the polarization state of the capacitor C f differs depending on the combination of the pulse applied to the control gate line 61 and the pulse applied to the bit line 63, and these polarization states will be described in detail later. Depending on the difference, the FET can be turned on or off, and the "0" state or "1" state of the memory cell can be formed in these on state or off state. The storage state of each cell is the word line 63 and the bit line 65.
To scan the conductive state between these lines 63 and 65, that is, F
It can be read by detecting the on / off state of ET.

【0018】以下、メモリセルへの情報(「0」、
「1」)の書き込み手順について詳細に説明する。図3
〜図5はその説明に供する図である。ここで図3は、図
1のFET中のSiO2 膜47で構成されるキャパシタ
o とPZTの薄膜49で構成されるキャパシタCf
から成る部分の等価回路図である。また、図4はPZT
の薄膜49での、これに印加される電圧とこの電圧によ
る分極との関係を示した特性図(ヒステリシスカーブ)
である。図4において、(イ) 及び(ロ) で示す値は、PZ
Tの薄膜49にかかる電界が0での保持分極−Pr また
はPr に相当する。また、図5はコントロールゲートラ
イン61に印加する電圧を変化させた場合の、キャパシ
タCf にかかる電圧の変化(実線)及びキャパシタC0
にかかる電圧の変化(破線)をそれぞれ示した特性図で
ある。ただし、図5は、シリコン基板に形成される反転
層での電位差は無視しており、かつ、SiO2 膜47の
膜厚が20nm、PZTの薄膜49の膜厚が250nm
である場合を想定して示してある。
Hereinafter, the information ("0",
The writing procedure of "1") will be described in detail. Figure 3
5A to 5C are diagrams used for the description. Here, FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a portion of the FET of FIG. 1 which is composed of the capacitor C o composed of the SiO 2 film 47 and the capacitor C f composed of the PZT thin film 49. Moreover, FIG. 4 shows PZT.
Fig. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the voltage applied to the thin film 49 of Fig. 4 and the polarization due to this voltage (hysteresis curve).
Is. In Fig. 4, the values shown in (a) and (b) are PZ.
The electric field applied to the thin film 49 of T corresponds to the holding polarization −P r or P r when the electric field is 0. Further, FIG. 5 shows the change in voltage applied to the capacitor C f (solid line) and the capacitor C 0 when the voltage applied to the control gate line 61 is changed.
It is a characteristic view which each showed the change (broken line) of the voltage applied to. However, in FIG. 5, the potential difference in the inversion layer formed on the silicon substrate is ignored, and the thickness of the SiO 2 film 47 is 20 nm and the thickness of the PZT thin film 49 is 250 nm.
It is shown assuming that

【0019】今、コントロールゲートライン61に±1
0Vの範囲で電圧を変化させて印加すると、強誘電体キ
ャパシタは分極するので、各キャパシタC0 及びCf
かかる電圧は、キャパシタC0 については図5中の実線
で示したように変化し、キャパシタCf については図5
中の破線で示したように変化する。したがって、図4中
の(イ) 及び(ロ) に対応する点は、図5において、キャパ
シタCf に関しては(1) 及び(2) で示す点となり、キャ
パシタC0 に関しては(a) 及び (b)で示す点となる。し
たがって、この不揮発性メモリ装置では、コントロール
ゲートライン61及びビットライン65間の電圧を0→
10V→−10V→−2.3Vと変化させることによ
り、キャパシタCf にかかる電圧を零とでき、かつ、キ
ャパシタCf での保持分極を−Pf とでき、然も、キャ
パシタC0 にかかる電圧を−2.3Vとできる。また、
同電圧を0→−10V→+10V→2.7Vと変化させ
ることにより、キャパシタCf にかかる電圧を零とで
き、かつ、キャパシタCf での保持分極をPf とでき、
然も、キャパシタC0 にかかる電圧を2.7Vとでき
る。そして、このときコントロールゲートライン61を
フローティングとすると、上記保持分極及びキャパシタ
0 にかかる電圧は保持される。
Now, the control gate line 61 is ± 1
When the voltage is changed and applied in the range of 0 V, the ferroelectric capacitor is polarized, so that the voltage applied to each of the capacitors C 0 and C f changes as shown by the solid line in FIG. 5 for the capacitor C 0 . , The capacitor C f is shown in FIG.
It changes as shown by the broken line in the figure. Therefore, the points corresponding to (a) and (b) in FIG. 4 are the points indicated by (1) and (2) for the capacitor C f in FIG. 5 and (a) and (a) for the capacitor C 0. It becomes the point shown in b). Therefore, in this non-volatile memory device, the voltage between the control gate line 61 and the bit line 65 is 0 →
By changing from 10V → −10V → −2.3V, the voltage applied to the capacitor C f can be made zero, and the retained polarization in the capacitor C f can be made −P f, and the capacitor C 0 can still be applied. The voltage can be -2.3V. Also,
By changing the same voltage from 0 → −10V → + 10V → 2.7V, the voltage applied to the capacitor C f can be zero and the holding polarization in the capacitor C f can be P f .
Naturally, the voltage applied to the capacitor C 0 can be 2.7V. At this time, if the control gate line 61 is floated, the voltage applied to the holding polarization and the capacitor C 0 is held.

【0020】ところで、SiO2 膜キャパシタC0 に上
述のように保持電圧(上記例では2.7Vとか−2.3
Vの電圧)がかかっているということは、膜厚が20n
mのゲート絶縁膜を有するFETの当該ゲート絶縁膜に
保持電圧(2.7Vとか−2.3Vの電圧)がかかって
いることと等価である。したがって、このFETの閾値
Vthを、2.7>Vth>−2.3を満足するように、閾
値調整イオン注入において予め調整しておけば、図5の
(a) の状態においてこのFETはオフに、(b)の状態に
おいてこのFETをオンになる。FETのこのようなオ
フ状態やオン状態は、ワードライン63及びビットライ
ン65(図2参照)を走査することによりこれら間の導
通状態として読み出すことができる。したがって、上述
の様な2つの分極状態を利用して、メモリセルの記憶状
態「0」及び「1」を形成できることになる。
By the way, as described above, the holding voltage (2.7 V or -2.3 in the above example) is applied to the SiO 2 film capacitor C 0.
V voltage) means that the film thickness is 20n
It is equivalent to the holding voltage (voltage of 2.7 V or -2.3 V) being applied to the gate insulating film of the FET having the m gate insulating film. Therefore, if the threshold value Vth of this FET is adjusted in advance in the threshold value adjustment ion implantation so as to satisfy 2.7>Vth> -2.3, FIG.
In the state of (a), this FET is turned off, and in the state of (b), this FET is turned on. Such an off state or an on state of the FET can be read as a conduction state between them by scanning the word line 63 and the bit line 65 (see FIG. 2). Therefore, the storage states "0" and "1" of the memory cell can be formed by utilizing the two polarization states as described above.

【0021】上述のように強誘電体キャパシタCf での
r 又は−Pr の分極状態により記憶状態「0」及び
「1」を形成した場合、強誘電体薄膜キャパシタCf
電界がかからない状態でメモリセルの「0」または
「1」の状態が得られるので信頼性の点で好適である。
しかし、コントロールゲートライン61に0→10V→
−10V→−2.3Vや、0→−10V→+10V→
2.7Vというように電圧を印加するのは回路構成など
の点から実用的でない場合もある。その場合は、例え
ば、次のようにするのが好適である。図6(A)〜
(C)はその説明に供する図であり、コントロールゲー
トライン61に印加する電圧をVc 、ビットライン65
に印加する電圧をVb とそれぞれ示した場合に、メモリ
セルに「0」を書き込む場合、「1」を書き込む場合そ
れぞれで各端子Vc 、Vb に印加するパルスを説明した
図である。
When the memory states "0" and "1" are formed by the polarization states of P r or -P r in the ferroelectric capacitor C f as described above, no electric field is applied to the ferroelectric thin film capacitor C f. This is suitable in terms of reliability because the state of "0" or "1" of the memory cell can be obtained in this state.
However, the control gate line 61 has 0 → 10V →
-10V → -2.3V or 0 → -10V → + 10V →
In some cases, it is not practical to apply a voltage of 2.7 V in terms of the circuit configuration. In that case, for example, the following is preferable. FIG. 6 (A)-
(C) is a diagram for explaining the above, in which the voltage applied to the control gate line 61 is V c , and the bit line 65 is
FIG. 9 is a diagram illustrating pulses applied to the terminals V c and V b when “0” is written in the memory cell and when “1” is written in the case where the voltage applied to the memory cell is indicated as V b .

【0022】各端子Vc 、Vb に図6(B)に示した条
件でパルスを印加した場合、図6(A)のVc 及びVb
端子間にはこれらの合成電圧が印加されるので10V→
0V→10V→0Vの順に電圧が印加されることにな
る。したがって、SiO2 膜で構成したキャパシタC0
に係る電圧は図5において(c) 点を出発点と考えた場合
(c) →(f) →(b) →(d) →(f) →(d) と変化し結局(d)
で示される値になる。一方、各端子Vc 、Vb に図6
(C)に示した条件でパルスを印加した場合、図6
(A)のVc 及びVb 端子間には−10V→0V→−1
0V→0Vの順に電圧が印加されることになるから、S
iO2 膜で構成したキャパシタC0 に係る電圧は図5に
おいて(c) 点を出発点と考えた場合(c) →(e) →(c) →
(e) →(c) と変化し結局(c) で示される値になる。
When a pulse is applied to each of the terminals V c and V b under the conditions shown in FIG. 6 (B), V c and V b in FIG. 6 (A) are applied.
Since a combined voltage of these is applied between the terminals, 10 V →
The voltage is applied in the order of 0V → 10V → 0V. Therefore, the capacitor C 0 formed of the SiO 2 film is used.
When the voltage related to is considered to be the starting point at point (c) in Fig. 5.
(c) → (f) → (b) → (d) → (f) → (d) and eventually (d)
It becomes the value indicated by. On the other hand, the terminals V c, figure V b 6
When the pulse is applied under the condition shown in FIG.
Between V c and V b terminals (A) -10V → 0V → -1
Since the voltage is applied in the order of 0V → 0V, S
When the voltage related to the capacitor C 0 composed of the iO 2 film is considered as the starting point in FIG. 5, (c) → (e) → (c) →
It changes from (e) to (c) and eventually becomes the value shown in (c).

【0023】そこで、この不揮発メモリ装置の全てのメ
モリセルを最初に図5の(c) 点の状態となるようにして
おいてこの状態を記憶状態「0」とする。そして、メモ
リセルに「1」を書き込む場合には図6(B)に示した
条件でパルスをVc 及びVb端子にそれぞれ印加しキャ
パシタC0 にかかる電圧を図5の(d) 点の状態とする。
メモリセルを「0」のままにする場合には図6(C)に
示した条件でパルスをVc 及びVb 端子にそれぞれ印加
する。この図6を用いて説明した駆動方法の場合、図5
の(c) 点及び (d)点間の電位差は1.5V程度となる。
すなわち、記憶状態「0」及び「1」両者ではキャパシ
タC0 にかかる電圧に1.5V程度の差が出せる。な
お、この電圧差は、強誘電体材料を変えること、キャパ
シタCf 及びキャパシタC0 各々の薄膜部分の膜厚を調
整することにより大きくすることができる。なお、この
図6を用いて説明した駆動方法の場合は、FETの閾値
Vthを、図5中の(d) >Vth>図5中の(c) を満足する
よう調整しておくことが前提である。より好ましくは、
閾値Vthを、図5中の(d) >Vth>図5中の(c) を満足
する値でかつ負の値としておくのが好ましい。Vthを、
(d) >Vth>(c) かつ負の値とすると、図6(B)及び
(C)においてコントロールゲートラインに10Vが印
加されている間は少なくともFETはオン状態になるの
で書き込み端子の一方をビットライン65(図2参照)
とすることができるからである。
Therefore, all the memory cells of this non-volatile memory device are first brought to the state of point (c) in FIG. 5 and this state is set to the storage state "0". When writing "1" to the memory cell, a pulse is applied to the V c and V b terminals under the conditions shown in FIG. 6B, and the voltage applied to the capacitor C 0 is shown at point (d) in FIG. State.
Respectively applying the pulse to V c and V b terminals conditions that shown in Fig. 6 (C) in the case of the memory cell remains "0". In the case of the driving method described with reference to FIG. 6, FIG.
The potential difference between points (c) and (d) is about 1.5V.
That is, a difference of about 1.5 V can be produced in the voltage applied to the capacitor C 0 in both the memory states “0” and “1”. Note that this voltage difference can be increased by changing the ferroelectric material and adjusting the film thickness of the thin film portions of the capacitors C f and C 0 . In the case of the driving method described with reference to FIG. 6, it is premised that the threshold value Vth of the FET is adjusted so as to satisfy (d)> Vth in FIG. 5> (c) in FIG. Is. More preferably,
It is preferable to set the threshold value Vth to a value that satisfies (d)> Vth in FIG. 5> (c) in FIG. 5 and is a negative value. Vth,
If (d)>Vth> (c) and a negative value, at least the FET is turned on while 10 V is applied to the control gate line in FIGS. 6B and 6C, so one of the write terminals To the bit line 65 (see FIG. 2)
Because it can be

【0024】上述においては、この発明の電界効果トラ
ンジスタの実施例について説明したが、この発明は上述
の実施例に限られない。
Although the embodiment of the field effect transistor of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.

【0025】例えば上述の実施例では、強誘電体薄膜を
PZTの薄膜で構成し、強誘電体以外の絶縁膜をSiO
2 膜で構成していたが、これら材料を他の好適な材料と
した場合も実施例と同様な効果が得られる。また、実施
例ではNチャネルFETの例で説明したが、Pチャネル
FETに対してもこの発明はもちろん適用できる。
For example, in the above-mentioned embodiment, the ferroelectric thin film is made of PZT thin film, and the insulating film other than the ferroelectric is made of SiO 2.
Although it is composed of two films, the same effect as that of the embodiment can be obtained when these materials are replaced with other suitable materials. Further, although the embodiment has been described by taking the example of the N-channel FET, the present invention can of course be applied to the P-channel FET.

【0026】[0026]

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の電界効果トランジスタによれば、ゲート絶縁膜
を強誘電体以外の絶縁膜と強誘電体薄膜との積層体によ
り構成したので、この強誘電体薄膜の分極を利用して当
該FETをオン状態またはオフ状態に保持できる。そし
てこれらオン状態及びオフ状態はメモリセルの記憶状態
として利用する。これらの記憶状態は、絶縁膜を通して
電荷注入を行なって形成されるのではなく静電誘導を利
用して形成される。このため、電流に起因する絶縁膜劣
化を防止できるので、情報書き込み及び消去回数を従来
より増加でき、また、書き込み時間の向上も期待でき
る。
As is apparent from the above description, according to the field effect transistor of the present invention, since the gate insulating film is composed of the laminated body of the insulating film other than the ferroelectric and the ferroelectric thin film, The FET can be held in the ON state or the OFF state by utilizing the polarization of the ferroelectric thin film. The on-state and the off-state are used as the storage state of the memory cell. These storage states are not formed by injecting charges through the insulating film, but are formed by utilizing electrostatic induction. Therefore, the deterioration of the insulating film due to the current can be prevented, so that the number of times of writing and erasing information can be increased more than before, and the improvement of the writing time can be expected.

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

【図1】実施例の電界効果トランジスタの説明に供する
断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a field effect transistor of an example.

【図2】実施例の電界効果トランジスタを用い構成した
メモリセルの等価回路図である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a memory cell configured using the field effect transistor of the embodiment.

【図3】実施例の電界効果トランジスタのゲート絶縁膜
部分の等価回路図である。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a gate insulating film portion of a field effect transistor of an example.

【図4】実施例の電界効果トランジスタで用いた強誘電
体薄膜での電界と分極との関係を示した特性図(ヒステ
リシスカーブ)である。
FIG. 4 is a characteristic diagram (hysteresis curve) showing the relationship between electric field and polarization in the ferroelectric thin film used in the field effect transistor of the example.

【図5】実施例の電界効果トランジスタを用い構成した
メモリセルの動作説明に供する図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the memory cell configured using the field effect transistor of the embodiment.

【図6】(A)〜(C)は、実施例の電界効果トランジ
スタを用い構成したメモリセルへ情報書き込みする場合
の駆動方法の説明図である。
6A to 6C are explanatory views of a driving method when information is written to a memory cell configured by using the field effect transistor of the embodiment.

【図7】(A)及び(B)それぞれは、従来の電界効果
トランジスタの説明に供する図である。
7A and 7B are diagrams for explaining a conventional field effect transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

41:半導体基板(p型シリコン基板) 43:ソース領域 45:ドレイン領域 47:強誘電体以外の絶縁膜(例えばSiO2 膜) 49:強誘電体薄膜(例えばPZTの薄膜) 51:ゲート絶縁膜 53:ゲート電極(コントロールゲート) 55:閾値調整用イオン注入領域 61:コントロールゲートライン 63:ワードライン 65:ビットライン41: Semiconductor substrate (p-type silicon substrate) 43: Source region 45: Drain region 47: Insulating film other than ferroelectric (eg SiO 2 film) 49: Ferroelectric thin film (eg PZT thin film) 51: Gate insulating film 53: gate electrode (control gate) 55: ion implantation region for threshold adjustment 61: control gate line 63: word line 65: bit line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G11B 17/00 8110−5D H01L 27/10 421 8728−4M 41/24 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location G11B 17/00 8110-5D H01L 27/10 421 8728-4M 41/24

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上にゲート絶縁膜及びゲート
電極をこの順に具える電界効果トランジスタにおいて、 ゲート絶縁膜を、半導体基板側から順に設けた強誘電体
以外の絶縁膜と強誘電体薄膜との積層体で構成したこと
を特徴とする電界効果トランジスタ。
1. A field effect transistor comprising a gate insulating film and a gate electrode in this order on a semiconductor substrate, wherein an insulating film other than a ferroelectric and a ferroelectric thin film are provided in which the gate insulating film is provided in order from the semiconductor substrate side. A field-effect transistor comprising a laminated body of.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07326681A (en) * 1994-05-30 1995-12-12 Nec Corp Semiconductor storage device and its manufacture
US5689456A (en) * 1995-11-10 1997-11-18 Nec Corporation Semiconductor non-volatile ferroelectric memory transistor accompanied with capacitor for increasing potential difference applied to ferroelectric layer
US5984048A (en) * 1997-09-10 1999-11-16 Harmonic Drive Systems, Inc. Lubricant supplying mechanism for a wave gear drive
US8581353B2 (en) 1998-06-30 2013-11-12 Intel Corporation Multi-layer gate dielectric

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07326681A (en) * 1994-05-30 1995-12-12 Nec Corp Semiconductor storage device and its manufacture
JP2643833B2 (en) * 1994-05-30 1997-08-20 日本電気株式会社 Semiconductor memory device and method of manufacturing the same
US5689456A (en) * 1995-11-10 1997-11-18 Nec Corporation Semiconductor non-volatile ferroelectric memory transistor accompanied with capacitor for increasing potential difference applied to ferroelectric layer
US5984048A (en) * 1997-09-10 1999-11-16 Harmonic Drive Systems, Inc. Lubricant supplying mechanism for a wave gear drive
US8581353B2 (en) 1998-06-30 2013-11-12 Intel Corporation Multi-layer gate dielectric
US9412860B2 (en) 1998-06-30 2016-08-09 Intel Corporation Multi-layer gate dielectric

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