JP2000340759A - Nonvolatile semiconductor memory and drive method therefor - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory and drive method therefor

Info

Publication number
JP2000340759A
JP2000340759A JP15185699A JP15185699A JP2000340759A JP 2000340759 A JP2000340759 A JP 2000340759A JP 15185699 A JP15185699 A JP 15185699A JP 15185699 A JP15185699 A JP 15185699A JP 2000340759 A JP2000340759 A JP 2000340759A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
memory
gate
transistor
thin film
ferroelectric
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.)
Pending
Application number
JP15185699A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Katori
健二 香取
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP15185699A priority Critical patent/JP2000340759A/en
Priority to US09/580,541 priority patent/US6532165B1/en
Publication of JP2000340759A publication Critical patent/JP2000340759A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an NAND type nonvolatile semiconductor memory of high integration, high-speed, and low power consumption and moreover having little disturbance. SOLUTION: A memory cell comprises a dual gate transistor, where a ferroelectric is connected to one gate part, a plurality of the memory cells are connected in series to constitute a memory block, and a plurality of memory blocks are arranged to form a memory cell array. The dual gate transistor uses a thin-film transistor, wherein first gate electrodes Wf1, Wf2, and Wf3 are provided on one surface of a semiconductor thin film 1 via a first gate insulating film 2 and a ferroelectric thin-film 3, while second gate electrodes Wd1, Wd2, and Wd3 are provided counterposed to face the first gate electrodes Wf1, Wf2, and Wf3 on the other surface of the semiconductor thin-film 1 via a second gate insulating film 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、強誘電体を用い
た不揮発性半導体メモリおよびその駆動方法に関する。
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory using a ferroelectric and a method of driving the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】強誘電体メモリは、強誘電体薄膜の高速
な分極反転とその残留分極とを利用する高速書き換えが
可能な不揮発性メモリである。この強誘電体メモリに
は、強誘電体キャパシタを用いるタイプ(FeRAM
型)と強誘電体をトランジスタのゲート部分に接続する
タイプ(強誘電体ゲート型)とがある。このうち、強誘
電体ゲート型は、セル面積および非破壊読み出しの点で
優れている。この強誘電体ゲート型不揮発性メモリとし
ては、MFS(Metal-Ferroelectrics-Semiconductor)
型、MFIS(Metal-Ferroelectrics-Insulator-Semic
onductor) 型およびMFMIS(Metal-Ferroelectrics
-Metal-Insulator-Semiconductor) 型が知られている。
2. Description of the Related Art A ferroelectric memory is a non-volatile memory capable of high-speed rewriting utilizing high-speed polarization reversal of a ferroelectric thin film and its residual polarization. This ferroelectric memory is of a type using a ferroelectric capacitor (FeRAM).
Type) and a type (ferroelectric gate type) in which a ferroelectric is connected to the gate portion of a transistor. Among them, the ferroelectric gate type is excellent in terms of cell area and nondestructive readout. As this ferroelectric gate type nonvolatile memory, MFS (Metal-Ferroelectrics-Semiconductor)
Type, MFIS (Metal-Ferroelectrics-Insulator-Semic
onductor) type and MFMIS (Metal-Ferroelectrics)
-Metal-Insulator-Semiconductor) type is known.

【0003】強誘電体ゲート型不揮発性メモリには上述
のようにセル面積および非破壊読み出しの点で優れてい
るという利点があるが、強誘電体の分極反転の際に、1
トランジスタ型では単純マトリックス駆動となるため、
選択されたメモリセルの強誘電体を分極させる際に非選
択メモリセルの強誘電体まで影響を受けてしまうディス
ターブの問題がある。すなわち、図13は1トランジス
タ型の強誘電体ゲート型不揮発性メモリのメモリセルア
レイの一部を示す。MC11´、MC12´、MC21
´、MC22´は強誘電体ゲート型トランジスタにより
構成されたメモリセル、B1a´、B1b´、B2a
´、B2b´はビット線、W1´、W2´はワード線を
示す。この例では、単純マトリックス書き込みとなるた
め、強誘電体ゲート型トランジスタのゲートには−Vw
/3(ただし、Vw は強誘電体の分極反転に必要な電
圧)のディスターブ電圧が、他のメモリセルに書き込み
を行う毎に印加される。この場合には、フローティング
ゲートに電荷を注入するフラッシュメモリと比較して低
電圧、短時間でデータを書き込むことができるが、この
ことが逆にディスターブに弱い原因となる。さらに、デ
ィスターブ電圧を−Vw/3に抑えるため、非選択メモ
リセルのトランジスタも導通させてチャネルを形成する
必要がある。このため、強誘電体によるしきい値電圧の
変動幅にも大きな制限を生じることから、強誘電体に要
求される特性の幅が狭い。また、メモリセルのトランジ
スタ毎にソース領域およびドレイン領域への配線接続が
必要となるため、NAND型に比較してセル面積が増大
すると同時に、強誘電体の微細加工が必要となり、強誘
電体特性が劣化するとともに、SBTなどの反応性イオ
ンエッチング(RIE)のようなドライエッチングが困
難な強誘電体材料の使用が困難となる。
As described above, the ferroelectric gate type nonvolatile memory has the advantage of being excellent in cell area and non-destructive readout.
Since the transistor type is driven by a simple matrix,
When the ferroelectric of the selected memory cell is polarized, there is a problem of disturbance that the ferroelectric of the unselected memory cell is affected. That is, FIG. 13 shows a part of a memory cell array of a one-transistor ferroelectric gate nonvolatile memory. MC11 ', MC12', MC21
, MC22 'are memory cells composed of ferroelectric gate type transistors, B1a', B1b ', B2a
And B2b 'indicate bit lines, and W1' and W2 'indicate word lines. In this example, since simple matrix writing is performed, the gate of the ferroelectric gate type transistor has −V w
/ 3 (where, V w the voltage required for the polarization inversion of the ferroelectric) disturb voltage is applied to every write to other memory cells. In this case, data can be written at a lower voltage and in a shorter time as compared with a flash memory in which electric charges are injected into a floating gate, but this causes a weakness in disturb. Furthermore, in order to suppress the disturb voltage -V w / 3, it is necessary to transistors of non-selected memory cell is also made conductive to form a channel. For this reason, the fluctuation width of the threshold voltage due to the ferroelectric material is greatly restricted, and the range of characteristics required for the ferroelectric material is narrow. Further, since wiring connection to the source region and the drain region is required for each transistor of the memory cell, the cell area is increased as compared with the NAND type, and at the same time, fine processing of the ferroelectric is required, and the ferroelectric characteristics are increased. And it becomes difficult to use a ferroelectric material which is difficult to dry-etch such as reactive ion etching (RIE) such as SBT.

【0004】上述のディスターブの問題は、メモリセル
に選択トランジスタを追加することにより解決すること
ができるが、この場合には、セル面積が大きくなってし
まうため、高集積化が難しくなるという問題が新たに生
じる。
The above-mentioned disturb problem can be solved by adding a selection transistor to the memory cell. However, in this case, the cell area becomes large, so that high integration becomes difficult. Newly arise.

【0005】一方、不揮発性メモリとしてはフラッシュ
メモリが知られている。フラッシュメモリでは、フロー
ティングゲートに対して電子の注入および引き出しを行
うことで、情報記憶を行っている。このフラッシュメモ
リでは、強誘電体の分極反転に比較して、電子の注入は
より大きな電圧を必要とし、また時間もかかるが、この
ことが逆にディスターブの問題を低減している。このフ
ラッシュメモリでは、セル面積が小さく、高集積化が可
能な方式として複数個のトランジスタを直列に配置した
NAND型が開発されている。
On the other hand, a flash memory is known as a nonvolatile memory. In a flash memory, information is stored by injecting and extracting electrons from and to a floating gate. In this flash memory, the injection of electrons requires a larger voltage and takes longer time than the polarization inversion of the ferroelectric, but this reduces the disturb problem. In this flash memory, a NAND type in which a plurality of transistors are arranged in series has been developed as a method in which a cell area is small and high integration is possible.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】強誘電体ゲート型不揮
発性メモリは、基本構造がフラッシュメモリと似ている
ため、NAND型を採用した場合にはセル面積が小さく
なることが期待されるが、上述のようにディスターブの
問題があり、分極を反転させずにトランジスタをオン/
オフさせることが困難であること、またゲート電圧印加
およびトランジスタのしきい値電圧の変動方向がフラッ
シュメモリとは逆であるため、これまで強誘電体ゲート
型不揮発性メモリにおいてNAND型のセル配置は困難
であった。
Since the basic structure of a ferroelectric gate type nonvolatile memory is similar to that of a flash memory, the cell area is expected to be small when a NAND type is adopted. As described above, there is a problem of disturbance, and the transistor is turned on / off without inverting the polarization.
Since it is difficult to turn off the gate voltage and the fluctuation direction of the gate voltage and the threshold voltage of the transistor is opposite to that of the flash memory, the NAND type cell arrangement in the ferroelectric gate type nonvolatile memory has been It was difficult.

【0007】特開平5−136377号公報および特開
平5−136378号公報にはNAND型不揮発性半導
体メモリが提案されているが、これらのNAND型不揮
発性半導体メモリは構造が極めて複雑で実現が困難と考
えられる。
Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-136377 and 5-136378 propose NAND-type nonvolatile semiconductor memories. However, these NAND-type nonvolatile semiconductor memories have extremely complicated structures and are difficult to realize. it is conceivable that.

【0008】したがって、この発明の目的は、高集積、
高速、低消費電力でしかもディスターブの少ないNAN
D型不揮発性半導体メモリを実現することができる不揮
発性半導体メモリおよびその駆動方法を提供することに
ある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly integrated
NAN with high speed, low power consumption and little disturbance
An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory capable of realizing a D-type nonvolatile semiconductor memory and a driving method thereof.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第1の発明による不揮発性半導体メモリ
は、一方のゲート部分に強誘電体が接続されたデュアル
ゲートトランジスタによりメモリセルが構成され、この
メモリセルが複数個直列接続されてメモリブロックが構
成され、このメモリブロックが複数個配置されてメモリ
セルアレイが構成されていることを特徴とするものであ
る。
In order to achieve the above object, a nonvolatile semiconductor memory according to a first aspect of the present invention has a memory cell comprising a dual gate transistor having one gate connected to a ferroelectric. And a plurality of the memory cells are connected in series to form a memory block, and a plurality of the memory blocks are arranged to form a memory cell array.

【0010】この発明の第1の発明において、典型的に
は、メモリセルが複数個直列接続されるとともに、この
直列接続部の少なくとも一端に選択トランジスタが接続
されてメモリブロックが構成される。メモリブロックを
構成するメモリセルの数は基本的には任意であり、メモ
リセルの数が多いほど高集積となるが、メモリセルのト
ランジスタを電流が流れるパスが長くなり、電圧降下が
生じるため、不揮発性半導体メモリの用途などに応じて
最適な数に選ばれる。また、メモリブロックの一端は、
典型的には、選択トランジスタを介して、ビット線に接
続される。メモリセルを構成するデュアルゲートトラン
ジスタは、典型的には、薄膜トランジスタである。より
具体的には、このデュアルゲートトランジスタは、例え
ば、半導体薄膜の一方の面上に第1のゲート絶縁膜およ
び強誘電体薄膜を介して第1のゲート電極が設けられ、
半導体薄膜の他方の面上に第2のゲート絶縁膜を介して
第2のゲート電極が第1のゲート電極と対向して設けら
れた薄膜トランジスタである。この場合、第2のゲート
電極の電圧を変化させることによりメモリセルを構成す
るデュアルゲートトランジスタをスイッチさせる。強誘
電体薄膜は少なくとも複数個のメモリセル、典型的には
メモリセルアレイの全体にわたって連続膜状に設けられ
る。
In the first aspect of the present invention, typically, a plurality of memory cells are connected in series, and a select transistor is connected to at least one end of the series connection to form a memory block. The number of memory cells that constitute a memory block is basically arbitrary, and the higher the number of memory cells, the higher the integration.However, the path through which current flows through the transistors of the memory cells becomes longer, and a voltage drop occurs. The optimal number is selected according to the use of the nonvolatile semiconductor memory. Also, one end of the memory block
Typically, it is connected to a bit line via a selection transistor. The dual gate transistor forming the memory cell is typically a thin film transistor. More specifically, in this dual-gate transistor, for example, a first gate electrode is provided on one surface of a semiconductor thin film via a first gate insulating film and a ferroelectric thin film,
A thin film transistor in which a second gate electrode is provided on the other surface of the semiconductor thin film with a second gate insulating film interposed therebetween so as to face the first gate electrode. In this case, the dual gate transistor forming the memory cell is switched by changing the voltage of the second gate electrode. The ferroelectric thin film is provided as a continuous film over at least a plurality of memory cells, typically over the entire memory cell array.

【0011】また、この発明の第2の発明は、一方のゲ
ート部分に強誘電体が接続されたデュアルゲートトラン
ジスタによりメモリセルが構成され、このメモリセルが
複数個直列接続されてメモリブロックが構成され、この
メモリブロックが複数個配置されてメモリセルアレイが
構成され、メモリセルを構成するデュアルゲートトラン
ジスタは、半導体薄膜の一方の面上に第1のゲート絶縁
膜および強誘電体薄膜を介して第1のゲート電極が設け
られ、半導体薄膜の他方の面上に第2のゲート絶縁膜を
介して第2のゲート電極が第1のゲート電極と対向して
設けられた薄膜トランジスタである不揮発性半導体メモ
リの駆動方法であって、消去時には、強誘電体薄膜の分
極方向を揃え、書き込み時には、ビット線に接続された
選択トランジスタによって選択されたメモリブロックの
直列接続された複数のメモリセルを構成するデュアルゲ
ートトランジスタを第2のゲート電極によって導通させ
るとともに、メモリブロックと選択されたワード線との
交点にあるメモリセルを構成するデュアルゲートトラン
ジスタのゲート部分に接続された強誘電体の分極を反転
させることによりデータを書き込み、読み出し時には、
ビット線に接続された選択トランジスタによって選択さ
れたメモリブロックの選択されたメモリセル以外のメモ
リセルを構成するデュアルゲートトランジスタを第2の
ゲート電極により導通させ、そのときのビット線電流の
値から、選択されたメモリセルを構成するデュアルゲー
トトランジスタのゲート部分に接続された強誘電体の分
極方向を読み取ることによりデータを読み出すことを特
徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, a memory cell is formed by a dual gate transistor having one gate connected to a ferroelectric, and a plurality of memory cells are connected in series to form a memory block. A memory cell array is formed by arranging a plurality of the memory blocks, and a dual gate transistor forming the memory cell is formed on one surface of the semiconductor thin film via a first gate insulating film and a ferroelectric thin film. A non-volatile semiconductor memory in which a first gate electrode is provided, and a second gate electrode is provided on the other surface of the semiconductor thin film via a second gate insulating film so as to face the first gate electrode; In the driving method, the direction of polarization of the ferroelectric thin film is aligned during erasing, and the selection transistor connected to the bit line during writing. Therefore, the dual gate transistors forming the plurality of memory cells connected in series in the selected memory block are made conductive by the second gate electrode, and the memory cell at the intersection of the memory block and the selected word line is formed. Data is written by inverting the polarization of the ferroelectric connected to the gate part of the dual gate transistor, and at the time of reading,
The dual gate transistors constituting the memory cells other than the selected memory cell of the memory block selected by the selection transistor connected to the bit line are made conductive by the second gate electrode, and the value of the bit line current at that time is expressed as Data is read by reading a polarization direction of a ferroelectric substance connected to a gate portion of a dual gate transistor constituting a selected memory cell.

【0012】なお、特開平7−161854号公報、特
開平8−335645号公報および特開平7−1834
01号公報には、半導体薄膜の両面にゲート電極を設置
し、これらのゲート電極の少なくとも一方が強誘電体と
接続された強誘電体ゲート型デュアルゲート薄膜トラン
ジスタが提案されているが、これらはNAND型不揮発
性メモリへの応用を目的としたものではない。また、特
開平10−12887号公報には、デュアルゲートトラ
ンジスタのバイアス印加のために強誘電体を用いた例が
記載されているが、この強誘電体は記憶保持のためでは
なく、バイアス印加のためであるので、この発明とは基
本的に異なるものである。
It should be noted that JP-A-7-161854, JP-A-8-335645 and JP-A-7-1834.
Japanese Patent Application Publication No. 01-301, proposes a ferroelectric gate type dual-gate thin film transistor in which gate electrodes are provided on both surfaces of a semiconductor thin film and at least one of these gate electrodes is connected to a ferroelectric substance. It is not intended to be applied to non-volatile memories. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-12887 discloses an example in which a ferroelectric substance is used for applying a bias to a dual gate transistor. However, this ferroelectric substance is not used for holding data but for applying a bias. This is basically different from the present invention.

【0013】上述のように構成されたこの発明において
は、一方のゲート部分に強誘電体を接続したデュアルゲ
ートトランジスタによりメモリセルが構成されているの
で、他方のゲート電極に印加するゲート電圧を変化させ
ることにより、強誘電体の分極方向を変化させずにトラ
ンジスタをオン/オフさせることが可能となる。このた
め、ディスターブを抑えることができ、メモリセルのN
AND型配列が可能となる。このNAND型配列では、
メモリセル一つずつにおいてソース領域/ドレイン領域
に対する配線コンタクトをとる必要がないため、配線の
スペースが不要となり、セル面積の低減を図ることがで
きる。また、強誘電体の分極反転は高速である上、分極
反転に必要な電圧は、フラッシュメモリにおけるフロー
ティングゲートへの電子の注入に必要な電圧に比べてか
なり低い。
In the present invention configured as described above, since the memory cell is constituted by a dual gate transistor having one gate connected to a ferroelectric, the gate voltage applied to the other gate electrode is changed. This makes it possible to turn on / off the transistor without changing the polarization direction of the ferroelectric. Therefore, the disturbance can be suppressed, and the N of the memory cell can be reduced.
An AND type array becomes possible. In this NAND type array,
Since it is not necessary to make a wiring contact with the source region / drain region for each memory cell, no wiring space is required, and the cell area can be reduced. Further, the polarization inversion of the ferroelectric is fast, and the voltage required for the polarization inversion is considerably lower than the voltage required for injecting electrons into the floating gate in the flash memory.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態につ
いて図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全
図において、同一または対応する部分には同一の符号を
付す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals.

【0015】図1は、この発明の一実施形態によるNA
ND型不揮発性半導体メモリのメモリセルアレイの回路
図である。
FIG. 1 shows an NA according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of a memory cell array of the ND type nonvolatile semiconductor memory.

【0016】図1に示すように、この一実施形態による
NAND型不揮発性半導体メモリにおいては、一方のゲ
ート部分に強誘電体が接続された強誘電体ゲート型デュ
アルゲート薄膜トランジスタにより構成されたメモリセ
ルがn個直列接続されてメモリブロックが構成され、こ
のメモリブロックがk個配置されてメモリセルアレイが
構成されている。MCij(ただし、i=1〜k、j=
1〜n)はi番目のメモリブロックを構成するメモリセ
ルを示す。i番目のメモリブロックの一端は選択トラン
ジスタSTi1を介して共通のソース線Sと接続され、
他端は選択トランジスタSTi2を介してビット線Bi
と接続されている。選択トランジスタSTi1、STi
2は、強誘電体ゲート型デュアルゲート薄膜トランジス
タではなく、通常の単一のゲート電極を有する薄膜トラ
ンジスタにより構成されている。
As shown in FIG. 1, in the NAND type nonvolatile semiconductor memory according to this embodiment, a memory cell constituted by a ferroelectric gate type dual gate thin film transistor having a ferroelectric material connected to one gate portion. Are connected in series to form a memory block, and k memory blocks are arranged to form a memory cell array. MCij (where i = 1 to k, j =
1 to n) indicate memory cells forming the i-th memory block. One end of the i-th memory block is connected to a common source line S via a selection transistor STi1,
The other end is connected to the bit line Bi via the selection transistor STi2.
Is connected to Select transistors STi1, STi
Reference numeral 2 is not a ferroelectric gate type dual gate thin film transistor, but a thin film transistor having a normal single gate electrode.

【0017】全てのメモリブロックの対応する段のメモ
リセルMCijを構成する強誘電体ゲート型デュアルゲ
ート薄膜トランジスタの強誘電体側の上部ゲート電極お
よびこの上部ゲート電極と対向する下部ゲート電極は、
それぞれワード線Wfj、Wdjにより構成されてい
る。また、全てのメモリブロックの選択トランジスタS
Ti1のゲート電極は共通の選択線WS1により構成さ
れ、選択トランジスタSTi2のゲート電極は共通の選
択線WS2により構成されている。
The upper gate electrode on the ferroelectric side of the ferroelectric gate type dual gate thin film transistor constituting the memory cell MCij at the corresponding stage of all the memory blocks, and the lower gate electrode facing the upper gate electrode are:
Each is constituted by word lines Wfj and Wdj. Also, the selection transistors S of all the memory blocks
The gate electrode of Ti1 is constituted by a common selection line WS1, and the gate electrode of the selection transistor STi2 is constituted by a common selection line WS2.

【0018】次に、この一実施形態によるNAND型不
揮発性半導体メモリの具体的な構造例について説明す
る。
Next, a specific example of the structure of the NAND nonvolatile semiconductor memory according to the embodiment will be described.

【0019】図2はメモリセルアレイの一部を示す平面
図、図3は図2のIII−III線に沿っての断面図、
図4は図2のIV−IV線に沿っての断面図、図5は図
2のV−V線に沿っての断面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a part of the memory cell array, FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of FIG.
FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV of FIG. 2, and FIG. 5 is a sectional view taken along the line VV of FIG.

【0020】図2、図3、図4および図5に示すよう
に、半導体薄膜1の一方の面上にゲート絶縁膜2および
強誘電体薄膜3を介してワード線Wfjが設けられ、半
導体薄膜1の他方の面上にゲート絶縁膜4を介してワー
ド線Wdjがワード線Wfjと対向して設けられてい
る。隣接するワード線Wfjの間の部分の半導体薄膜1
には強誘電体ゲート型デュアルゲート薄膜トランジスタ
のソース領域/ドレイン領域を構成するn+ 型領域5が
設けられている。このn+ 型領域5以外の部分の半導体
薄膜1はp型であり、互いに対向するワード線Wfj、
Wdjにはさまれた部分のp型領域はチャネル領域を構
成する。
As shown in FIGS. 2, 3, 4 and 5, a word line Wfj is provided on one surface of a semiconductor thin film 1 with a gate insulating film 2 and a ferroelectric thin film 3 interposed therebetween. A word line Wdj is provided on the other surface of the semiconductor device 1 via a gate insulating film 4 so as to face the word line Wfj. Semiconductor thin film 1 in a portion between adjacent word lines Wfj
Is provided with an n + -type region 5 constituting a source region / drain region of a ferroelectric gate type dual gate thin film transistor. The portion of the semiconductor thin film 1 other than the n + type region 5 is p type, and the word lines Wfj,
The p-type region sandwiched between Wdj forms a channel region.

【0021】半導体薄膜1は、例えば多結晶Si薄膜で
ある。ゲート絶縁膜2、4は、例えばSiO2 、Si
N、CeO2 、Al2 3 、Ta2 5 などの絶縁体か
らなる。これらのゲート絶縁膜2、4は、それぞれ半導
体薄膜1の一方の面および他方の面の全面にわたって連
続的に設けられている。強誘電体薄膜3は、例えばSB
T、PZTなどの強誘電体からなる。この強誘電体薄膜
3は、メモリセルアレイの全体にわたって連続的に設け
られている。ワード線Wfi、Wdiは、例えば多結晶
Si、Ta、Wなどからなる。
The semiconductor thin film 1 is, for example, a polycrystalline Si thin film. The gate insulating films 2 and 4 are made of, for example, SiO 2 , Si
It is made of an insulator such as N, CeO 2 , Al 2 O 3 , and Ta 2 O 5 . These gate insulating films 2 and 4 are provided continuously over the entire surface of one side and the other side of the semiconductor thin film 1, respectively. The ferroelectric thin film 3 is, for example, SB
It is made of a ferroelectric such as T or PZT. The ferroelectric thin film 3 is provided continuously over the entire memory cell array. The word lines Wfi and Wdi are made of, for example, polycrystalline Si, Ta, W, or the like.

【0022】この一実施形態によるNAND型不揮発性
半導体メモリの一例では、ゲート絶縁膜2、4は膜厚が
6nmのSiO2 膜からなり、強誘電体薄膜3は膜厚が
60nmのSBT膜からなる。このSBTは、抗電界E
c が6×104 V/cm、残留分極Pr が7μC/cm
2 、比誘電率が200である。また、強誘電体抗電圧V
c は0.36V、強誘電体反転電圧2Vc は0.72
V、セル反転電圧は4.4Vである。強誘電体ゲート型
デュアルゲート薄膜トランジスタのしきい値電圧Vth
変動幅は±2.4Vである。
In one example of the NAND type nonvolatile semiconductor memory according to this embodiment, the gate insulating films 2 and 4 are made of a SiO 2 film having a thickness of 6 nm, and the ferroelectric thin film 3 is made of an SBT film having a thickness of 60 nm. Become. This SBT has a coercive electric field E
c is 6 × 10 4 V / cm, the residual polarization P r is 7 .mu.C / cm
2. The dielectric constant is 200. Further, the ferroelectric coercive voltage V
c is 0.36 V, ferroelectric inversion voltage 2 V c is 0.72
V and the cell inversion voltage is 4.4V. The variation width of the threshold voltage Vth of the ferroelectric gate type dual gate thin film transistor is ± 2.4 V.

【0023】次に、上述のように構成されたこの一実施
形態によるNAND型不揮発性半導体メモリの製造方法
の一例を図3に示す断面図に相当する断面図である図6
〜図11を参照して説明する。
Next, an example of a method of manufacturing the NAND-type nonvolatile semiconductor memory according to this embodiment having the above-described structure is a cross-sectional view corresponding to the cross-sectional view shown in FIG.
This will be described with reference to FIGS.

【0024】まず、図6に示すように、支持基板6上に
多結晶Si、Ta、Wなどを成膜した後、この膜をエッ
チングにより所定形状にパターニングしてワード線Wd
jを形成する。
First, as shown in FIG. 6, after polycrystalline Si, Ta, W, etc. are formed on the support substrate 6, this film is patterned into a predetermined shape by etching to form the word line Wd.
form j.

【0025】次に、図7に示すように、ワード線Wdj
間の凹部を平坦化膜7で埋め込み、表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG.
The recesses between them are filled with a flattening film 7 to flatten the surface.

【0026】次に、図8に示すように、このようにして
平坦化された表面にSiO2 、SiN、CeO2 、Al
2 3 などからなるゲート絶縁膜4を成膜する。
Next, as shown in FIG. 8, SiO 2 , SiN, CeO 2 , Al
A gate insulating film 4 made of 2 O 3 or the like is formed.

【0027】次に、図9に示すように、ゲート絶縁膜4
上に半導体薄膜1を成膜する。
Next, as shown in FIG.
A semiconductor thin film 1 is formed thereon.

【0028】次に、図10に示すように、半導体薄膜1
にn型不純物を例えばレジストパターン(図示せず)を
マスクとして選択的にイオン注入し、n+ 型領域5を形
成する。
Next, as shown in FIG.
Then, n-type impurities are selectively ion-implanted using, for example, a resist pattern (not shown) as a mask to form an n + -type region 5.

【0029】次に、図11に示すように、半導体薄膜1
上にゲート絶縁膜2および強誘電体薄膜3を順次成膜し
た後、メモリセルアレイ部以外の部分の強誘電体薄膜3
をエッチング除去する。次に、ワード線Wdjと同様に
して、メモリセルアレイ部における強誘電体薄膜3上に
ワード線Wfjを形成するとともに、メモリセルアレイ
部以外の部分におけるゲート絶縁膜2上に選択線WS
1、WS2を形成する。
Next, as shown in FIG.
After the gate insulating film 2 and the ferroelectric thin film 3 are sequentially formed thereon, the ferroelectric thin film 3 in a portion other than the memory cell array portion is formed.
Is removed by etching. Next, in the same manner as the word line Wdj, a word line Wfj is formed on the ferroelectric thin film 3 in the memory cell array portion, and a select line WS is formed on the gate insulating film 2 in a portion other than the memory cell array portion.
1. WS2 is formed.

【0030】この後、支持基板6および平坦化膜7を除
去する。これによって、図2、図3、図4および図5に
示すように、目的とするNAND型不揮発性半導体メモ
リが製造される。
Thereafter, the support substrate 6 and the flattening film 7 are removed. Thereby, as shown in FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, and FIG. 5, the intended NAND nonvolatile semiconductor memory is manufactured.

【0031】次に、この一実施形態によるNAND型不
揮発性半導体メモリの消去、書き込みおよび読み出しを
行う方法について説明する。
Next, a method for erasing, writing, and reading the NAND nonvolatile semiconductor memory according to the embodiment will be described.

【0032】まず、消去はメモリセル毎ではなく、メモ
リブロック毎に一括して行う。強誘電体の分極反転に必
要な電圧をVw (例えば、4.4V)とする。消去を行
うには、ワード線Wf1〜Wfnに−Vw を印加する。
ワード線Wd1〜Wdnおよび選択線WS1、WS2は
全て0Vとする。これによってメモリブロック内の全て
のメモリセルの強誘電体はすべて分極方向が揃えられ、
メモリセルを構成するトランジスタのしきい値電圧が図
12のCに示すようにVthEに上昇する。この状態をデ
ータ「0」とする。
First, erasing is performed not for each memory cell but for each memory block. The voltage required for the polarization reversal of the ferroelectric is defined as V w (for example, 4.4 V). To do erased, applying a -V w to the word line Wf1~Wfn.
The word lines Wd1 to Wdn and the selection lines WS1 and WS2 are all set to 0V. As a result, the ferroelectrics of all the memory cells in the memory block all have the same polarization direction,
The threshold voltage of the transistor constituting the memory cell rises to V th E as shown in FIG. This state is defined as data “0”.

【0033】書き込みは、メモリブロック内のワード線
Wf1からワード線Wfnまで順に行う。また、同じワ
ード線に接続されたメモリセルは同時に書き込みを行
う。
Writing is performed in order from the word line Wf1 to the word line Wfn in the memory block. Further, the memory cells connected to the same word line perform writing simultaneously.

【0034】一例として、メモリセルMC11にデータ
「1」を、メモリセルMCk1にデータ「0」を書き込
む場合を考える。この場合、選択線WS1を0Vとして
選択トランジスタSTi1をオフとするとともに、選択
線WS2にはしきい値電圧以上の電圧を印加して選択ト
ランジスタSTi2をオンとする。また、メモリセルM
C11を含むメモリブロックに接続されたビット線B1
は0Vとし、メモリセルMCk1を含むメモリブロック
に接続されたビット線BkにはVw を印加する。一方、
ワード線Wd1〜Wdnには全てメモリセルを構成する
トランジスタをオンとするために必要な電圧VthEを印
加する。そして、メモリセルMC11、MCk1が接続
されたワード線Wf1にVw を印加する。これによっ
て、メモリセルMC11では、このメモリセルMC11
を構成するトランジスタのチャネル領域が0Vとなるこ
とにより強誘電体の分極反転が生じ、トランジスタのし
きい値電圧が図12のAに示すようにVthWに下がって
データ「1」が書き込まれる。一方、メモリセルMCk
1では、ワード線Wf1とメモリセルMCk1を構成す
るトランジスタのチャネル領域との双方にVw が印加さ
れるため、上下方向の電界が相殺されて強誘電体の分極
反転は起こらず、データ「0」が保持される。このよう
にして、ワード線Wf1に接続された全てのメモリセル
に同時にデータが書き込まれる。
As an example, consider a case where data "1" is written to memory cell MC11 and data "0" is written to memory cell MCk1. In this case, the selection line WS1 is set to 0 V to turn off the selection transistor STi1, and a voltage higher than the threshold voltage is applied to the selection line WS2 to turn on the selection transistor STi2. Further, the memory cell M
Bit line B1 connected to the memory block including C11
It is a 0V, the bit line Bk connected to the memory block including a memory cell MCk1 applying a V w. on the other hand,
A voltage V th E required to turn on the transistors forming the memory cells is applied to all of the word lines Wd1 to Wdn. Then, applying a V w to the word line Wf1 the memory cell MC11, MCk1 are connected. Thereby, in the memory cell MC11, this memory cell MC11
When the channel region of the transistor constituting the transistor becomes 0 V, polarization inversion of the ferroelectric substance occurs, and the threshold voltage of the transistor drops to V th W as shown in FIG. 12A, and data “1” is written. . On the other hand, the memory cell MCk
In 1, since V w is applied to both the channel region of the transistors constituting the word lines Wf1 and the memory cell MCk1, polarization inversion does not occur in the ferroelectric field in the vertical direction is canceled, the data "0 Is held. In this way, data is simultaneously written to all the memory cells connected to the word line Wf1.

【0035】次に、メモリセルMC12にデータ「0」
を、メモリセルMCk2にデータ「1」を書き込む場合
を考える。この場合も、選択線WS1を0Vとして選択
トランジスタSTi1をオフとするとともに、選択線W
S2をしきい値電圧以上として選択トランジスタSTi
2をオンとする。選択線Wd2〜Wdnには全てトラン
ジスタをオンとするために必要な電圧VthEを印加す
る。このとき、先に書き込みを行ったワード線Wf1上
のメモリセルには反転電圧を印加しないようにするた
め、ワード線Wd1に図12のAに示すようなVthWを
印加してこれらのメモリセルを構成するトランジスタを
オフとする。これによりビット線電圧はワード線Wf1
上のメモリセルには印加されず、先に書き込んだデータ
は保持される。ビット線B1にはVw を印加し、ビット
線Bkは0Vとする。そして、ワード線Wf2にVw
印加する。これにより、メモリセルMCk2では強誘電
体の分極反転が生じ、データ「1」が書き込まれる。一
方、メモリセルMC12では、このメモリセルMC12
を構成するトランジスタのチャネル領域にもVw が印加
されているため、上下方向の電界が相殺されて強誘電体
の分極反転は起こらず、データ「0」が保持される。こ
のようにして、ワード線Wf2に接続された全てのメモ
リセルに同時にデータが書き込まれる。
Next, data "0" is stored in the memory cell MC12.
For writing data “1” to the memory cell MCk2. Also in this case, the selection line WS1 is set to 0 V to turn off the selection transistor STi1, and the selection line W1
S2 is set to be higher than the threshold voltage and the selection transistor STi
2 is turned on. A voltage V th E required to turn on the transistors is applied to all of the selection lines Wd2 to Wdn. At this time, in order not to apply an inversion voltage to the memory cell on the word line Wf1 to which writing has been performed previously, V th W as shown in FIG. The transistor forming the cell is turned off. As a result, the bit line voltage becomes the word line Wf1
No data is applied to the upper memory cell, and the previously written data is retained. The V w is applied to the bit line B1, the bit line Bk is a 0V. And, applying a V w to the word line Wf2. As a result, in the memory cell MCk2, polarization inversion of the ferroelectric substance occurs, and data "1" is written. On the other hand, in the memory cell MC12,
Since Vw is also applied to the channel region of the transistor constituting the transistor, the electric field in the vertical direction is canceled out, and the polarization inversion of the ferroelectric does not occur, and the data "0" is retained. In this way, data is simultaneously written to all the memory cells connected to the word line Wf2.

【0036】以下同様にしてワード線単位に、先に書き
込みを行ったメモリセルのトランジスタをオフとしてデ
ータが変わらないようにしながらワード線Wfnまで書
き込みを行う。
In the same manner, writing is performed for each word line up to the word line Wfn while turning off the transistor of the memory cell to which writing has been performed previously so that the data does not change.

【0037】以上のようにして書き込みを行うことによ
り、ランダム書き込みではないが、ディスターブの少な
い書き込みを行うことが可能となる。
By performing writing as described above, it is possible to perform writing that is not random writing but has little disturbance.

【0038】他のメモリブロックに書き込みを行う場合
には選択トランジスタSTi2をオフとして、ディスタ
ーブを完全に防止する。
When writing to another memory block, the selection transistor STi2 is turned off to completely prevent disturbance.

【0039】読み出しは次のようにして行う。例えば、
ビット線B1に接続されたメモリセルのデータを読み出
す場合、選択線WS1、WS2にしきい値電圧以上の電
圧を印加して選択トランジスタST11、ST12をオ
ンとする。まず、メモリセルMC11のデータを読み出
す場合には、ワード線Wd2〜WdnにVthEを印加し
てメモリセルMC1j(j=2〜n)を構成するトラン
ジスタをオンとする。そして、ビット線B1に所定の読
み出し電圧を印加し、ソース−ドレイン間の電流、すな
わちビット線B1に流れる電流を調べる。電流が流れる
場合はメモリセルMC11のデータは「1」であり、電
流が流れない場合はメモリセルMC11のデータは
「0」である。
Reading is performed as follows. For example,
When reading data from the memory cell connected to the bit line B1, a voltage higher than the threshold voltage is applied to the selection lines WS1 and WS2 to turn on the selection transistors ST11 and ST12. First, when reading data of the memory cell MC11 is to apply the V th E to turn on the transistor constituting the memory cell MC1j (j = 2~n) to the word line Wd2~Wdn. Then, a predetermined read voltage is applied to the bit line B1, and a current between the source and the drain, that is, a current flowing through the bit line B1 is checked. When a current flows, the data of the memory cell MC11 is “1”. When no current flows, the data of the memory cell MC11 is “0”.

【0040】次に、メモリセルMC12のデータを読み
出す場合には、ワード線Wd1、Wd3〜WdnにVth
Eを印加してメモリセルMC11、MC1j(j=3〜
n)を構成するトランジスタをオンとする。そして、ビ
ット線B1に所定の読み出し電圧を印加し、ソース−ド
レイン間の電流、すなわちビット線B1に流れる電流を
調べる。電流が流れる場合はメモリセルMC12のデー
タは「1」であり、電流が流れない場合はメモリセルM
C12のデータは「0」である。
Next, when reading data from the memory cell MC12, V th is applied to the word lines Wd1, Wd3 to Wdn.
E is applied to the memory cells MC11 and MC1j (j = 3 to
The transistor constituting n) is turned on. Then, a predetermined read voltage is applied to the bit line B1, and a current between the source and the drain, that is, a current flowing through the bit line B1 is checked. When a current flows, the data of the memory cell MC12 is “1”, and when no current flows, the memory cell MC12
The data of C12 is “0”.

【0041】以下同様にしてそれぞれのメモリセルのデ
ータを読み出すことができる。このように、読み出し時
にはランダムアクセスが可能である。
Thereafter, data of each memory cell can be read out in the same manner. Thus, random access is possible at the time of reading.

【0042】以上のように、この一実施形態によれば、
強誘電体ゲート型デュアルゲート薄膜トランジスタによ
りメモリセルを構成し、このメモリセルを複数個直列接
続してメモリブロックを構成し、このメモリブロックを
複数個配置していることにより、高集積、高速、低消費
電力でしかも、強誘電体ゲート型不揮発性メモリの欠点
とされたディスターブの問題が少ないNAND型不揮発
性半導体メモリを実現することができる。また、強誘電
体薄膜3をメモリセル毎に微細加工する必要がないの
で、強誘電体薄膜3の特性劣化がなく、NAND型不揮
発性半導体メモリの製造も容易である。
As described above, according to this embodiment,
A memory cell is formed by a ferroelectric gate type dual gate thin film transistor, a plurality of the memory cells are connected in series to form a memory block, and a plurality of the memory blocks are arranged. It is possible to realize a NAND nonvolatile semiconductor memory which consumes less power and has less disturbance problem which is a drawback of the ferroelectric gate nonvolatile memory. Further, since it is not necessary to finely process the ferroelectric thin film 3 for each memory cell, the characteristics of the ferroelectric thin film 3 are not deteriorated, and the manufacture of the NAND nonvolatile semiconductor memory is easy.

【0043】以上、この発明の一実施形態について具体
的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定さ
れるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種
の変形が可能である。
As described above, one embodiment of the present invention has been specifically described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. .

【0044】例えば、上述の一実施形態で挙げた数値、
構造、形状、材料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎ
ず、必要に応じて、これと異なる数値、構造、形状、材
料、プロセスなどを用いることが可能である。
For example, the numerical values given in the above-described embodiment,
The structures, shapes, materials, processes, and the like are merely examples, and different numerical values, structures, shapes, materials, processes, and the like can be used as needed.

【0045】例えば、上述の一実施形態においては、半
導体薄膜1上にゲート絶縁膜2を設け、その上に強誘電
体薄膜3を設けているが、これと逆に、半導体薄膜1上
に強誘電体薄膜3を設け、その上にゲート絶縁膜2を設
けてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the gate insulating film 2 is provided on the semiconductor thin film 1 and the ferroelectric thin film 3 is provided thereon. The dielectric thin film 3 may be provided, and the gate insulating film 2 may be provided thereon.

【0046】また、上述の一実施形態で説明したNAN
D型不揮発性半導体メモリの製造方法は一例に過ぎず、
これと異なる製造方法を用いてもよい。
Also, the NAN described in the above-described embodiment is used.
The method of manufacturing the D-type nonvolatile semiconductor memory is only an example,
A different manufacturing method may be used.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、一方のゲート部分に強誘電体が接続されたデュアル
ゲートトランジスタによりメモリセルが構成され、この
メモリセルが複数個直列接続されてメモリブロックが構
成され、このメモリブロックが複数個配置されてメモリ
セルアレイが構成されていることにより、高集積、高
速、低消費電力でしかもディスターブが少ないNAND
型不揮発性半導体メモリを実現することができる。
As described above, according to the present invention, a memory cell is constituted by a dual-gate transistor having one gate connected to a ferroelectric, and a plurality of memory cells are connected in series to form a memory. A block is formed, and a plurality of the memory blocks are arranged to form a memory cell array. Therefore, a NAND having high integration, high speed, low power consumption, and little disturbance is provided.
Type nonvolatile semiconductor memory can be realized.

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

【図1】この発明の一実施形態によるNAND型不揮発
性半導体メモリを示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a NAND nonvolatile semiconductor memory according to an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の一実施形態によるNAND型不揮発
性半導体メモリのメモリセルアレイの一部の構造例を示
す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a structural example of a part of a memory cell array of a NAND nonvolatile semiconductor memory according to one embodiment of the present invention;

【図3】図2のIII−III線に沿っての断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. 2;

【図4】図2のIV−IV線に沿っての断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 2;

【図5】図2のV−V線に沿っての断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along the line VV in FIG. 2;

【図6】この発明の一実施形態によるNAND型不揮発
性半導体メモリの製造方法の一例を説明するための断面
図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a NAND nonvolatile semiconductor memory according to one embodiment of the present invention.

【図7】この発明の一実施形態によるNAND型不揮発
性半導体メモリの製造方法の一例を説明するための断面
図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a NAND nonvolatile semiconductor memory according to one embodiment of the present invention.

【図8】この発明の一実施形態によるNAND型不揮発
性半導体メモリの製造方法の一例を説明するための断面
図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a NAND nonvolatile semiconductor memory according to one embodiment of the present invention.

【図9】この発明の一実施形態によるNAND型不揮発
性半導体メモリの製造方法の一例を説明するための断面
図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a NAND nonvolatile semiconductor memory according to one embodiment of the present invention.

【図10】この発明の一実施形態によるNAND型不揮
発性半導体メモリの製造方法の一例を説明するための断
面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a NAND nonvolatile semiconductor memory according to one embodiment of the present invention.

【図11】この発明の一実施形態によるNAND型不揮
発性半導体メモリの製造方法の一例を説明するための断
面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining an example of the method for manufacturing the NAND nonvolatile semiconductor memory according to the embodiment of the present invention.

【図12】この発明の一実施形態によるNAND型不揮
発性半導体メモリの動作方法を説明するための略線であ
る。
FIG. 12 is a schematic line for explaining an operation method of the NAND-type nonvolatile semiconductor memory according to the embodiment of the present invention;

【図13】1トランジスタ型の強誘電体ゲート型不揮発
性メモリを示す回路図である。
FIG. 13 is a circuit diagram showing a one-transistor ferroelectric gate nonvolatile memory.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

MC11〜MC1n、MCk1〜MCkn・・・メモリ
セル、ST11、ST12、STk1、STk2・・・
選択トランジスタ、Wf1〜Wfn、Wd1〜Wdn・
・・ワード線、WS1、WS2・・・選択線、B1〜B
k・・・ビット線、1・・・半導体薄膜、2、4・・・
ゲート絶縁膜、3・・・強誘電体薄膜、5・・・n+
領域
MC11 to MC1n, MCk1 to MCkn ... memory cells, ST11, ST12, STk1, STk2 ...
Selection transistors, Wf1 to Wfn, Wd1 to Wdn.
..Word lines, WS1, WS2... Select lines, B1 to B
k ... bit line, 1 ... semiconductor thin film, 2, 4 ...
Gate insulating film, 3 ... ferroelectric thin film, 5 ... n + type region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/788 H01L 29/78 371 29/792 Fターム(参考) 5B025 AA07 AC01 AD03 AE00 AE05 AE06 AE08 5F001 AA17 AB02 AB20 AD12 AD20 AD41 AD51 AD52 AD53 AD70 AE02 AE08 AF10 5F083 EP22 EP28 EP33 EP34 EP49 EP76 FR06 FR10 GA01 GA05 GA09 GA11 GA30 HA02 JA02 JA06 JA14 JA15 JA17 JA19 JA39 KA01 LA16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) H01L 29/788 H01L 29/78 371 29/792 F term (Reference) 5B025 AA07 AC01 AD03 AE00 AE05 AE06 AE08 5F001 AA17 AB02 AB20 AD12 AD20 AD41 AD51 AD52 AD53 AD70 AE02 AE08 AF10 5F083 EP22 EP28 EP33 EP34 EP49 EP76 FR06 FR10 GA01 GA05 GA09 GA11 GA30 HA02 JA02 JA06 JA14 JA15 JA17 JA19 JA39 KA01 LA16

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一方のゲート部分に強誘電体が接続され
たデュアルゲートトランジスタによりメモリセルが構成
され、このメモリセルが複数個直列接続されてメモリブ
ロックが構成され、このメモリブロックが複数個配置さ
れてメモリセルアレイが構成されていることを特徴とす
る不揮発性半導体メモリ。
1. A memory cell is constituted by a dual gate transistor having a ferroelectric material connected to one gate portion, and a plurality of memory cells are connected in series to constitute a memory block. A non-volatile semiconductor memory, wherein a memory cell array is formed.
【請求項2】 上記メモリセルが複数個直列接続される
とともに、この直列接続部の少なくとも一端に選択トラ
ンジスタが接続されてメモリブロックが構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体メモ
リ。
2. The non-volatile memory according to claim 1, wherein a plurality of said memory cells are connected in series, and a selection transistor is connected to at least one end of said series connection portion to form a memory block. Semiconductor memory.
【請求項3】 上記メモリブロックの一端はビット線に
接続されていることを特徴とする請求項1記載の不揮発
性半導体メモリ。
3. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein one end of said memory block is connected to a bit line.
【請求項4】 上記デュアルゲートトランジスタは薄膜
トランジスタであることを特徴とする請求項1記載の不
揮発性半導体メモリ。
4. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein said dual gate transistor is a thin film transistor.
【請求項5】 上記デュアルゲートトランジスタは、半
導体薄膜の一方の面上に第1のゲート絶縁膜および強誘
電体薄膜を介して第1のゲート電極が設けられ、上記半
導体薄膜の他方の面上に第2のゲート絶縁膜を介して第
2のゲート電極が上記第1のゲート電極と対向して設け
られた薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項
1記載の不揮発性半導体メモリ。
5. The dual gate transistor according to claim 1, wherein a first gate electrode is provided on one surface of the semiconductor thin film via a first gate insulating film and a ferroelectric thin film, and the other surface of the semiconductor thin film is provided on the other surface. 2. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein a second gate electrode is a thin film transistor provided so as to face the first gate electrode via a second gate insulating film.
【請求項6】 上記第2のゲート電極の電圧を変化させ
ることにより上記メモリセルを構成する上記デュアルゲ
ートトランジスタをスイッチさせることを特徴とする請
求項1記載の不揮発性半導体メモリ。
6. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein said dual gate transistor forming said memory cell is switched by changing a voltage of said second gate electrode.
【請求項7】 上記強誘電体薄膜は少なくとも複数個の
上記メモリセルにわたって連続膜状に設けられているこ
とを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体メモリ。
7. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein said ferroelectric thin film is provided in a continuous film form over at least a plurality of said memory cells.
【請求項8】 一方のゲート部分に強誘電体が接続され
たデュアルゲートトランジスタによりメモリセルが構成
され、このメモリセルが複数個直列接続されてメモリブ
ロックが構成され、このメモリブロックが複数個配置さ
れてメモリセルアレイが構成され、上記メモリセルを構
成する上記デュアルゲートトランジスタは、半導体薄膜
の一方の面上に第1のゲート絶縁膜および強誘電体薄膜
を介して第1のゲート電極が設けられ、上記半導体薄膜
の他方の面上に第2のゲート絶縁膜を介して第2のゲー
ト電極が上記第1のゲート電極と対向して設けられた薄
膜トランジスタである不揮発性半導体メモリの駆動方法
であって、 消去時には、上記強誘電体薄膜の分極方向を揃え、 書き込み時には、ビット線に接続された選択トランジス
タによって選択された上記メモリブロックの直列接続さ
れた複数の上記メモリセルを構成する上記デュアルゲー
トトランジスタを上記第2のゲート電極によって導通さ
せ、上記メモリブロックと選択されたワード線との交点
にある上記メモリセルを構成する上記デュアルゲートト
ランジスタの上記ゲート部分に接続された上記強誘電体
の分極を反転させることによりデータを書き込み、 読み出し時には、ビット線に接続された選択トランジス
タによって選択されたメモリブロックの選択されたメモ
リセル以外のメモリセルを構成する上記デュアルゲート
トランジスタを上記第2のゲート電極により導通させ、
そのときのビット線電流の値から、上記選択された上記
メモリセルを構成する上記デュアルゲートトランジスタ
のゲート部分に接続された強誘電体の分極方向を読み取
ることによりデータを読み出すことを特徴とする不揮発
性半導体メモリの駆動方法。
8. A memory cell is constituted by a dual gate transistor in which a ferroelectric substance is connected to one gate portion, and a plurality of memory cells are connected in series to constitute a memory block, and a plurality of memory blocks are arranged. The dual gate transistor constituting the memory cell is provided with a first gate electrode on one surface of a semiconductor thin film via a first gate insulating film and a ferroelectric thin film. A method for driving a non-volatile semiconductor memory, which is a thin film transistor in which a second gate electrode is provided on the other surface of the semiconductor thin film via a second gate insulating film so as to face the first gate electrode. During erasing, the polarization direction of the ferroelectric thin film is aligned, and during writing, the select transistor connected to the bit line is used. The dual gate transistors constituting the plurality of memory cells connected in series in the selected memory block are turned on by the second gate electrode, and the memory at the intersection of the memory block and a selected word line is selected. The data is written by inverting the polarization of the ferroelectric connected to the gate portion of the dual gate transistor constituting the cell, and at the time of reading, the memory block selected by the selection transistor connected to the bit line is selected. The above-mentioned dual gate transistor constituting a memory cell other than the memory cell made conductive by the second gate electrode,
Reading data by reading a polarization direction of a ferroelectric substance connected to a gate portion of the dual gate transistor constituting the selected memory cell from a value of the bit line current at that time; For driving a volatile semiconductor memory.
JP15185699A 1999-05-31 1999-05-31 Nonvolatile semiconductor memory and drive method therefor Pending JP2000340759A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15185699A JP2000340759A (en) 1999-05-31 1999-05-31 Nonvolatile semiconductor memory and drive method therefor
US09/580,541 US6532165B1 (en) 1999-05-31 2000-05-30 Nonvolatile semiconductor memory and driving method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15185699A JP2000340759A (en) 1999-05-31 1999-05-31 Nonvolatile semiconductor memory and drive method therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000340759A true JP2000340759A (en) 2000-12-08

Family

ID=15527764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15185699A Pending JP2000340759A (en) 1999-05-31 1999-05-31 Nonvolatile semiconductor memory and drive method therefor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000340759A (en)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006190933A (en) * 2004-12-29 2006-07-20 Hynix Semiconductor Inc Nonvolatile ferroelectric memory
JP2006190432A (en) * 2004-12-29 2006-07-20 Hynix Semiconductor Inc Nonvolatile ferroelectric memory device
JP2006302487A (en) * 2005-04-21 2006-11-02 Hynix Semiconductor Inc Rfid system including memory for correcting fail cell and method for correcting fail cell using the same
JP2007184085A (en) * 2005-12-30 2007-07-19 Hynix Semiconductor Inc Nonvolatile semiconductor memory device
WO2010131311A1 (en) * 2009-05-13 2010-11-18 パナソニック株式会社 Semiconductor memory cell and method for manufacturing same
WO2010131310A1 (en) * 2009-05-13 2010-11-18 パナソニック株式会社 Semiconductor memory cell and method for manufacturing same
WO2012033106A1 (en) * 2010-09-10 2012-03-15 独立行政法人科学技術振興機構 Memory cell block, manufacturing method therefor, memory device, and method for driving a memory device
US8385099B2 (en) 2009-02-24 2013-02-26 Panasonic Corporation Semiconductor memory cell and manufacturing method thereof, and semiconductor memory devices
US8385098B2 (en) 2009-09-25 2013-02-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Ferroelectric memory devices and operating methods thereof
US8724368B2 (en) 2011-07-15 2014-05-13 Panasonic Corporation Method for driving semiconductor memory device
JPWO2021024598A1 (en) * 2019-08-08 2021-02-11
WO2022144618A1 (en) * 2020-12-31 2022-07-07 International Business Machines Corporation Field effect transistor (fet) devices

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8035146B2 (en) 2004-12-29 2011-10-11 Hynix Semiconductor Inc. Nonvolatile ferroelectric memory device
JP2006190432A (en) * 2004-12-29 2006-07-20 Hynix Semiconductor Inc Nonvolatile ferroelectric memory device
JP2006190933A (en) * 2004-12-29 2006-07-20 Hynix Semiconductor Inc Nonvolatile ferroelectric memory
JP2006302487A (en) * 2005-04-21 2006-11-02 Hynix Semiconductor Inc Rfid system including memory for correcting fail cell and method for correcting fail cell using the same
JP2007184085A (en) * 2005-12-30 2007-07-19 Hynix Semiconductor Inc Nonvolatile semiconductor memory device
US8385099B2 (en) 2009-02-24 2013-02-26 Panasonic Corporation Semiconductor memory cell and manufacturing method thereof, and semiconductor memory devices
WO2010131311A1 (en) * 2009-05-13 2010-11-18 パナソニック株式会社 Semiconductor memory cell and method for manufacturing same
WO2010131310A1 (en) * 2009-05-13 2010-11-18 パナソニック株式会社 Semiconductor memory cell and method for manufacturing same
US8385098B2 (en) 2009-09-25 2013-02-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Ferroelectric memory devices and operating methods thereof
WO2012033106A1 (en) * 2010-09-10 2012-03-15 独立行政法人科学技術振興機構 Memory cell block, manufacturing method therefor, memory device, and method for driving a memory device
US8724368B2 (en) 2011-07-15 2014-05-13 Panasonic Corporation Method for driving semiconductor memory device
JPWO2021024598A1 (en) * 2019-08-08 2021-02-11
WO2021024598A1 (en) * 2019-08-08 2021-02-11 国立研究開発法人科学技術振興機構 Non-volatile memory device and method for operating same
US11765907B2 (en) 2019-08-08 2023-09-19 Japan Science And Technology Agency Ferroelectric memory device and operation method thereof
JP7360203B2 (en) 2019-08-08 2023-10-13 国立研究開発法人科学技術振興機構 Non-volatile storage device and its operating method
WO2022144618A1 (en) * 2020-12-31 2022-07-07 International Business Machines Corporation Field effect transistor (fet) devices
GB2616798A (en) * 2020-12-31 2023-09-20 Ibm Field effect transistor (FET) devices

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108140415B (en) Multi-gate NOR flash thin film transistor string arranged in stacked horizontal active band with vertical control gates
US6370056B1 (en) Ferroelectric memory and method of operating same
US7982252B2 (en) Dual-gate non-volatile ferroelectric memory
JP2509433B2 (en) Nonvolatile dynamic random access memory
JP3214715B2 (en) Semiconductor storage element
US6532165B1 (en) Nonvolatile semiconductor memory and driving method thereof
US5737261A (en) Non-volatile ferroelectric memory utilizing residual polarization of a ferroelectric film
US20070279977A1 (en) Semiconductor magnetic memory
JP2007266209A (en) Fin-type memory cell
KR100265061B1 (en) Data writing method of single transistor type ferroelectric memory
JPH11176958A (en) Ferroelectric storage device, flash memory and non-volatile random access memory
US20180315794A1 (en) Methods and apparatus for three-dimensional nonvolatile memory
JP2000340759A (en) Nonvolatile semiconductor memory and drive method therefor
US10109680B1 (en) Methods and apparatus for three-dimensional nonvolatile memory
KR100261221B1 (en) Single transistor unit cell, method for manufacturing thereof,memory circuit constructed the aboved cell and method for driving memory circuit
JP3820917B2 (en) Semiconductor memory device and operation method thereof
US20180166559A1 (en) Methods and apparatus for three-dimensional nonvolatile memory
JP4343294B2 (en) Nonvolatile memory device and manufacturing method thereof
KR100745938B1 (en) Ferroelectric memory and operating method therefor
JP2002270789A (en) Ferroelectric memory
JP2000340760A (en) Nonvolatile semiconductor memory and drive method therefor
KR100449070B1 (en) Ferroelectric memory cell array and a method for storing data using the same
US20180286920A1 (en) Methods and apparatus for three-dimensional nonvolatile memory
US20230031362A1 (en) Memory device having memory cell strings and separate read and write control gates
US10283567B2 (en) Methods and apparatus for three-dimensional nonvolatile memory

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20041222

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20050111