JP2003068890A - Nonvolatile semiconductor storage device and nonvolatile memory cell - Google Patents

Nonvolatile semiconductor storage device and nonvolatile memory cell

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JP2003068890A
JP2003068890A JP2001253161A JP2001253161A JP2003068890A JP 2003068890 A JP2003068890 A JP 2003068890A JP 2001253161 A JP2001253161 A JP 2001253161A JP 2001253161 A JP2001253161 A JP 2001253161A JP 2003068890 A JP2003068890 A JP 2003068890A
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JP
Japan
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transistor
ferroelectric
electrode
memory device
gate
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Application number
JP2001253161A
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Japanese (ja)
Inventor
Eisuke Tokumitsu
永輔 徳光
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Rikogaku Shinkokai
Original Assignee
Rikogaku Shinkokai
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that since a residual polarization retains in a ferroelectric film in a 1-transistor ferroelectric memory cell, even when a reading voltage is applied to a gate, a current value cannot be considerably raised and data-holding characteristics are short. SOLUTION: A nonvolatile semiconductor storage device comprises a ferroelectric gate transistor MC having a first electrode DS, a second electrode S and a control electrode G, and a breaking transistor MS having a first electrode D, a second electrode S and a control electrode G in such a manner that the first electrode D of the gate transistor MC is connected to the second electrode S of the breaking transistor MS and the control terminal G of the transistor MC and the control terminal G of the transistor MS are commonly coupled.

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】本発明は、不揮発性半導体記
憶装置および不揮発性メモリ素子に関し、特に、強誘電
体ゲートトランジスタを用いた不揮発性半導体記憶装置
および不揮発性メモリ素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a nonvolatile memory element, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device and a nonvolatile memory element using a ferroelectric gate transistor.

【0002】近年、高集積化、低消費電力化および高速
動作等が可能な不揮発性の半導体記憶装置として、強誘
電体メモリ(FeRAM)が注目されている。特に、強
誘電体膜をゲート絶縁膜として用いた1つの強誘電体ゲ
ートトランジスタにより構成される1トランジスタ型の
強誘電体メモリ素子を用いた半導体記憶装置は、記憶情
報の読み出しにゲートの強誘電体の分極反転を伴わずに
非破壊読み出しが可能であるため、将来の不揮発性半導
体記憶装置として期待されている。そして、読み出し電
流が大きく、且つ、長時間のデータ保持が可能な強誘電
体メモリ素子の提供が強く要望されている。
In recent years, a ferroelectric memory (FeRAM) has attracted attention as a nonvolatile semiconductor memory device capable of high integration, low power consumption and high speed operation. In particular, a semiconductor memory device using a one-transistor type ferroelectric memory element composed of one ferroelectric gate transistor using a ferroelectric film as a gate insulating film has a gate ferroelectric property for reading stored information. Since non-destructive read is possible without body polarization reversal, it is expected as a future nonvolatile semiconductor memory device. Further, there is a strong demand to provide a ferroelectric memory device having a large read current and capable of holding data for a long time.

【0003】[0003]

【従来の技術】従来、不揮発性半導体記憶装置として
は、主としてEEPROMやフラッシュメモリ等が用い
られているが、高集積化、低消費電力化、並びに、高速
動作および高耐久性を実現するメモリとして強誘電体ゲ
ートトランジスタを用いた強誘電体メモリが注目され、
盛んに研究・開発されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an EEPROM, a flash memory or the like has been mainly used as a non-volatile semiconductor memory device, but as a memory which realizes high integration, low power consumption, high speed operation and high durability. Ferroelectric memories using ferroelectric gate transistors have been attracting attention,
Has been actively researched and developed.

【0004】強誘電体ゲートトランジスタは、ゲート絶
縁膜に強誘電体を用いた電界効果型トランジスタ(FE
T:Field Effect Transistor)であり、強誘電体の分
極の向きにより、ソース−ドレイン間に流れる電流を制
御するデバイスである。
A ferroelectric gate transistor is a field effect transistor (FE) using a ferroelectric material for a gate insulating film.
T: Field Effect Transistor, which is a device that controls the current flowing between the source and drain depending on the polarization direction of the ferroelectric substance.

【0005】図1は1トランジスタ(1T)型の強誘電
体メモリ素子を用いた強誘電体メモリ(不揮発性半導体
記憶装置)の一例を説明するための図であり、また、図
2は図1の強誘電体メモリにおける1つの強誘電体メモ
リ素子(不揮発性メモリ素子)を示す図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a ferroelectric memory (nonvolatile semiconductor memory device) using a one-transistor (1T) type ferroelectric memory element, and FIG. 2 is shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing one ferroelectric memory element (nonvolatile memory element) in the ferroelectric memory of FIG.

【0006】図1において、参照符号SAはセンス回
路、DECはデコーダ、そして、PSは電源回路を示し
ている。また、図1および図2において、参照符号MC
(MC1〜MCm)は誘電体メモリ素子(メモリセルト
ランジスタ)、W(W1〜Wm)はワード線、Gはゲー
ト(制御電極)、Sはソース(第2電極)、SLはソー
ス線(第1のビット線)、Dはドレイン(第1電極)、
DLはドレイン線(第2のビット線)を示している。こ
こで、センス回路SAおよびそれに繋がる複数のメモリ
素子(MC1〜MCm)は、複数列(コラム)設けられ
ている。
In FIG. 1, reference numeral SA is a sense circuit, DEC is a decoder, and PS is a power supply circuit. 1 and 2, reference numeral MC
(MC1 to MCm) are dielectric memory elements (memory cell transistors), W (W1 to Wm) are word lines, G is a gate (control electrode), S is a source (second electrode), and SL is a source line (first). Bit line), D is the drain (first electrode),
DL indicates a drain line (second bit line). Here, the sense circuit SA and the plurality of memory elements (MC1 to MCm) connected thereto are provided in a plurality of columns.

【0007】図1に示されるように、強誘電体メモリ
(不揮発性半導体記憶装置)は、各ワード線W1〜Wm
と各コラムのビット線対SL,DLとの交差個所にマト
リクス状に設けられた複数のメモリセル(メモリ素子M
C:MC1〜MCm)と、外部からのアドレス信号A1
〜Ajをデコードして対応するメモリセルをワード線W
1〜Wmおよびセンス回路SAを介してアクセスするた
めのデコーダDECと、メモリセルに対するデータの書
き込み、読み出しおよび保持に必要とされる電源を生成
してデコーダDECおよびセンス回路SA等に供給する
電源回路PSとを備えている。なお、各ビット線対に接
続されるセンス回路SAは、例えば、複数のビット線対
に対して1つのセンス回路を選択的に接続して使用して
もよく、さらに、デコーダDECおよび電源回路PS等
の構成も様々に変形し得るのはいうまでもない。
As shown in FIG. 1, the ferroelectric memory (nonvolatile semiconductor memory device) has word lines W1 to Wm.
And a plurality of memory cells (memory element M provided in a matrix at intersections of the bit line pairs SL and DL of each column.
C: MC1 to MCm) and an external address signal A1
~ Aj is decoded and the corresponding memory cell is set to the word line W.
1 to Wm and a decoder DEC for accessing through the sense circuit SA, and a power supply circuit that generates power required for writing, reading and holding data to and from the memory cell and supplies the power to the decoder DEC and the sense circuit SA. And PS. The sense circuit SA connected to each bit line pair may be used, for example, by selectively connecting one sense circuit to a plurality of bit line pairs and further using the decoder DEC and the power supply circuit PS. It goes without saying that the configurations such as the above can be variously modified.

【0008】図1および図2に示されるように、本発明
が対象とする不揮発性半導体記憶装置(1トランジスタ
型強誘電体メモリ)は、強誘電体をゲート絶縁膜として
用いたFETで1ビットを記憶する。メモリ素子(メモ
リセル)MCに格納されたデータは、ワード線Wに読み
出し電圧VREADを印加して、その時にソースS(ソース
線SL)とドレインD(ドレイン線DL)との間に流れ
る電流をセンス回路SAで検知することでデータ『0』
が記憶されているか、或いは、データ『1』が記憶され
ているかが判定される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the nonvolatile semiconductor memory device (1-transistor type ferroelectric memory) targeted by the present invention is an FET using a ferroelectric material as a gate insulating film, and is 1 bit. Memorize The data stored in the memory element (memory cell) MC is a current flowing between the source S (source line SL) and the drain D (drain line DL) when the read voltage V READ is applied to the word line W. Is detected by the sense circuit SA, data “0”
Is stored, or whether data “1” is stored is determined.

【0009】具体的に、図1において、例えば、メモリ
素子MC2を選択セルとする場合、選択セルMC2に接
続されたワード線W2に読み出し電圧VREAD(例えば、
2.8V程度)を印加すると共に、他の非選択セルMC
1およびMC3〜MCmに接続されたワード線W1およ
びW3〜Wmを0Vに保持し、選択セルMC2を流れる
電流を一対のビット線SL,DLを介してセンス回路S
Aにより検知する。すなわち、例えば、選択セルMC2
がオンしてビット線対SL,DL間に所定の電流が流れ
るときをデータ『1』とし、また、選択セルMC2がオ
フでビット線対SL,DL間に電流が流れないときをデ
ータ『0』とする。従って、選択セルMC2の状態(デ
ータ)を読み出すためには、保持(待機)状態のセルM
C1やMC3〜MCmのソース(S)とドレイン(D)
との間に電流が流れてはならない。
Specifically, in FIG. 1, for example, when the memory cell MC2 is used as a selected cell, a read voltage V READ (for example, a read voltage V READ ) is applied to a word line W2 connected to the selected cell MC2.
(Approx. 2.8V) and other non-selected cells MC
1 and the word lines W1 and W3 to Wm connected to MC3 to MCm are held at 0V, and the current flowing through the selected cell MC2 is supplied to the sense circuit S via the pair of bit lines SL and DL.
Detect by A. That is, for example, the selected cell MC2
Is turned on and a predetermined current flows between the bit line pair SL and DL as data "1", and data when the selected cell MC2 is off and no current flows between the bit line pair SL and DL is data "0". ]. Therefore, in order to read the state (data) of the selected cell MC2, the cell M in the holding (standby) state is read.
Source (S) and drain (D) of C1 and MC3 to MCm
There should be no current between and.

【0010】図3は図2の強誘電体メモリ素子の従来例
を示す図であり、図3(a)はMFS−FET(金属/
強誘電体/半導体FET:Metal-Ferroelectric-Semico
nductor FET)を示し、図3(b)はMFIS−FET
(金属/強誘電体/絶縁体/半導体FET:Metal-Ferr
oelectric-Insulator-Semiconductor FET)を示し、そ
して、図3(c)はMFMIS−FET(金属/強誘電
体/金属/絶縁体/半導体FET:Metal-Ferroelectri
c-Metal-Insulator-Semiconductor FET)を示してい
る。図3(a)〜図3(c)において、参照符号11は
半導体基板(p型シリコン基板:p−Si)、12は金
属ゲート、13は強誘電体(強誘電体膜)、14はバッ
ファ層(絶縁体)、そして、15はフローティングゲー
ト(金属層)を示している。
FIG. 3 is a diagram showing a conventional example of the ferroelectric memory device shown in FIG. 2, and FIG. 3 (a) shows an MFS-FET (metal / metal
Ferroelectric / Semiconductor FET: Metal-Ferroelectric-Semico
nductor FET), and FIG. 3 (b) is a MFIS-FET
(Metal / Ferroelectric / Insulator / Semiconductor FET: Metal-Ferr
3C shows an MFMIS-FET (metal / ferroelectric / metal / insulator / semiconductor FET: Metal-Ferroelectri).
c-Metal-Insulator-Semiconductor FET). 3A to 3C, reference numeral 11 is a semiconductor substrate (p-type silicon substrate: p-Si), 12 is a metal gate, 13 is a ferroelectric (ferroelectric film), and 14 is a buffer. Layers (insulators) and 15 are floating gates (metal layers).

【0011】図3(a)に示すMFS−FETは、強誘
電体メモリ素子の基本的なものであり、強誘電体(薄
膜)13を直接半導体基板11上に形成して構成され
る。
The MFS-FET shown in FIG. 3A is a basic type of a ferroelectric memory device, and is formed by forming a ferroelectric (thin film) 13 directly on a semiconductor substrate 11.

【0012】図3(b)に示すMFIS−FETは、図
3(a)のMFS−FETが良好な特性を有する強誘電
体/半導体界面の形成が困難なことから、強誘電体13
と半導体基板11との間に常誘電体(絶縁体)のバッフ
ァ層14を挿入したものである。なお、現状の成膜技術
を用いて強誘電体膜13を直接半導体基板11(シリコ
ン基板)上に形成した場合(図3(a)の場合)、強誘
電体が酸化膜であるため、高温の結晶化プロセス中にシ
リコン(Si)と強誘電体との界面にSiO2などの常誘
電体の遷移層が形成され、実際には、MFIS構造とな
ることが多い。
In the MFIS-FET shown in FIG. 3B, it is difficult to form a ferroelectric / semiconductor interface having good characteristics in the MFS-FET of FIG.
A paraelectric (insulator) buffer layer 14 is inserted between the semiconductor substrate 11 and the semiconductor substrate 11. When the ferroelectric film 13 is formed directly on the semiconductor substrate 11 (silicon substrate) by using the current film forming technique (in the case of FIG. 3A), the ferroelectric substance is an oxide film, so that the high temperature During the crystallization process, a transition layer of paraelectric material such as SiO 2 is formed at the interface between silicon (Si) and the ferroelectric material, and in fact, it often has an MFIS structure.

【0013】図3(c)に示すMFMIS−FETは、
図3(b)のMFIS−FETにおいて、さらに、強誘
電体膜13とバッファ層14との間に金属(または、導
電性酸化物)のフローティングゲート15を挿入したも
のであり、上部の強誘電体キャパシタ(MFM部:1
2,13,15)と下部のMIS部分(15,14,1
1)との面積を独立に設計できるというメリットがあ
る。
The MFMIS-FET shown in FIG. 3C is
In the MFIS-FET of FIG. 3B, a floating gate 15 of metal (or conductive oxide) is further inserted between the ferroelectric film 13 and the buffer layer 14, and the upper ferroelectric Body capacitor (MFM part: 1
2, 13, 15) and the lower MIS part (15, 14, 1)
There is a merit that the area of 1) can be designed independently.

【0014】次に、強誘電体ゲートトランジスタの動作
原理を説明する。
Next, the operating principle of the ferroelectric gate transistor will be described.

【0015】図4は強誘電体ゲートトランジスタ(強誘
電体メモリ素子)MCの動作原理を説明するための図で
あり、図4(a)はオフ状態を示し、図4(b)はオン
状態を示している。なお、図4に示すメモリ素子(トラ
ンジスタ)は、上述した図3(a)のMFS−FETを
示している。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation principle of the ferroelectric gate transistor (ferroelectric memory element) MC. FIG. 4 (a) shows an off state and FIG. 4 (b) shows an on state. Is shown. The memory element (transistor) shown in FIG. 4 is the MFS-FET shown in FIG.

【0016】まず、強誘電体ゲートトランジスタMC
は、ゲート絶縁膜として用いた強誘電体膜(13)の分
極によりチャネルのコンダクタンスを制御するデバイス
である。
First, the ferroelectric gate transistor MC
Is a device for controlling the conductance of the channel by polarization of the ferroelectric film (13) used as the gate insulating film.

【0017】図4(a)および図4(b)に示されるよ
うに、ゲート12(G)に正と負の電圧を印加した後に
0Vに戻した場合には、ゲート絶縁膜13として構成さ
れた強誘電体の分極の向きが異なり、この強誘電体ゲー
ト絶縁膜13の分極の方向によって、オン状態(図4
(b))とオフ状態(図4(a))を同一のゲート電圧
で実現することができる。すなわち、過去に印加した書
き込み電圧によって、強誘電体13の分極状態が変化
し、読み出し電圧を印加した場合に流れるドレイン電流
(ソースSとドレインDとの間を流れる電流)の値を制
御することができる。
As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), when positive and negative voltages are applied to the gate 12 (G) and then returned to 0 V, the gate insulating film 13 is formed. The direction of polarization of the ferroelectric substance is different, and depending on the direction of polarization of the ferroelectric gate insulating film 13, the ON state (see FIG.
(B)) and the off state (FIG. 4 (a)) can be realized with the same gate voltage. That is, the polarization state of the ferroelectric substance 13 is changed by the write voltage applied in the past, and the value of the drain current (current flowing between the source S and the drain D) flowing when the read voltage is applied is controlled. You can

【0018】図5は強誘電体メモリ素子(強誘電体ゲー
トトランジスタ)の特性を説明するための図(その1)
であり、図5(a)および図5(b)はそれぞれ強誘電
体ゲートトランジスタのドレイン電流(ID)とゲート電
圧(VG)との関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram (part 1) for explaining the characteristics of the ferroelectric memory element (ferroelectric gate transistor).
And is a diagram showing the relationship of FIG. 5 and (a) and 5 (b) is the drain current of each ferroelectric gate transistor (I D) and the gate voltage (V G).

【0019】図5(a)に示されるように、強誘電体ゲ
ートトランジスタ(MC)のドレイン電流−ゲート電圧
特性(ID−VG特性)はヒステリシス曲線となり、強誘
電体(13)の分極によってトランジスタの閾値電圧が
変化しているとみなすことができる。この強誘電体ゲー
トトランジスタをメモリ素子として使用するには、その
トランジスタのID−VG特性のヒステリシスが、図5
(a)のように、VG=0Vを跨がないように、トラン
ジスタの閾値を調整する必要がある。
[0019] As shown in FIG. 5 (a), the drain current of the ferroelectric gate transistor (MC) - gate voltage characteristic (I D -V G characteristics) becomes hysteresis curve, the polarization of the ferroelectric (13) Therefore, it can be considered that the threshold voltage of the transistor is changed. In order to use this ferroelectric gate transistor as a memory device, the hysteresis of the I D -V G characteristic of the transistor is shown in FIG.
As in (a), it is necessary to adjust the threshold value of the transistor so that it does not cross V G = 0V.

【0020】すなわち、図5(b)のように、強誘電体
ゲートトランジスタのID−VG特性のヒステリシスがV
G=0Vを跨ぐと、VG=0Vの待機時にも電流が流れる
ためメモリ素子として使用することができないことにな
る。
That is, as shown in FIG. 5B, the hysteresis of the I D -V G characteristic of the ferroelectric gate transistor is V
If G = 0V is crossed, current cannot flow even during standby when V G = 0V, so that it cannot be used as a memory element.

【0021】図6は強誘電体メモリ素子の特性を説明す
るための図(その2)である。
FIG. 6 is a diagram (part 2) for explaining the characteristics of the ferroelectric memory element.

【0022】図6に示されるように、待機時には、VG
=0V(B点)で保持されているが、この状態で読み出
し電圧VREADを印加すると、B点からA点には戻らずに
C点へ向かって動く。その結果、読み出し電流(ドレイ
ン電流IDR0)が小さくなり(読み出し時の電流を大きく
とれなくなり)、メモリとしてのデータ保持特性が悪い
ことになる。
As shown in FIG. 6, during standby, V G
It is held at = 0 V (point B), but if the read voltage V READ is applied in this state, it moves from point B to point C without returning to point A. As a result, the read current (drain current I DR0 ) becomes small (the current at the time of reading cannot be made large), and the data retention characteristic of the memory becomes poor.

【0023】強誘電体ゲートトランジスタ(MC)の閾
値を調整してメモリとしてのデータ保持特性を向上させ
るためには、ゲート(12)の金属を変える(すなわ
ち、仕事関数の異なる金属をゲートとして使用する)
か、或いは、チャネル部にイオン注入することが考えら
れる。
In order to adjust the threshold value of the ferroelectric gate transistor (MC) to improve the data retention characteristics as a memory, the metal of the gate (12) is changed (that is, a metal having a different work function is used as the gate. Do)
Alternatively, it is possible to implant ions in the channel portion.

【0024】図7はゲートの金属を変えることによる閾
値の調整を説明するための図、図8は図7における負荷
線を説明するための図、そして、図9はゲートの金属を
変えて閾値の調整を行う場合の課題を説明するための図
である。
FIG. 7 is a diagram for explaining threshold adjustment by changing the metal of the gate, FIG. 8 is a diagram for explaining the load line in FIG. 7, and FIG. 9 is a threshold for changing the metal of the gate. FIG. 6 is a diagram for explaining a problem in the case of performing the adjustment of FIG.

【0025】図7において、参照符号RL1はシフト前
(閾値の調整前)の負荷線を示し、RL2はシフト後
(閾値の調整後)の負荷線を示し、そして、RL3はゲ
ート電圧VGが読み出し電圧VREADのとき(VG
READ)の負荷線を示している。ここで、図7は、nチ
ャネル型のMFMIS−FETにおいて、強誘電体(1
3)がSrBi2Ta29(SBT)、絶縁体(バッファ層
14)がSiO2換算膜厚で5nm、MIS部分とMFM
部分との面積比(SMIS/SMFM)がSMIS/SMFM=1
0、そして、基板濃度(NA)がNA=1015cm-3のと
きの例を示している。なお、図7において、縦軸は分極
(μC/cm2)を示し、横軸は印加電圧(ゲート電圧
G)を示している。
In FIG. 7, reference numeral RL1 indicates a load line before shift (before threshold adjustment), RL2 indicates a load line after shift (after threshold adjustment), and RL3 indicates a gate voltage V G. When the read voltage is V READ (V G =
V READ ) load line is shown. Here, FIG. 7 shows a ferroelectric (1) in an n-channel MFMIS-FET.
3) is SrBi 2 Ta 2 O 9 (SBT), the insulator (buffer layer 14) is 5 nm in terms of SiO 2 equivalent, MIS part and MFM
Area ratio (S MIS / S MFM ) to the part is S MIS / S MFM = 1
0, and the substrate concentration (N A ) is N A = 10 15 cm −3 . In FIG. 7, the vertical axis represents polarization (μC / cm 2 ) and the horizontal axis represents applied voltage (gate voltage V G ).

【0026】まず、図8に示されるように、負荷線RL
(RL1〜RL3)の反転領域では強誘電体ゲートトラ
ンジスタはオンし、一方、負荷線RLの空乏領域および
蓄積領域では強誘電体ゲートトランジスタはオフする。
First, as shown in FIG. 8, the load line RL
The ferroelectric gate transistor is turned on in the inversion region of (RL1 to RL3), while the ferroelectric gate transistor is turned off in the depletion region and the storage region of the load line RL.

【0027】図7において、強誘電体ゲートトランジス
タ(強誘電体メモリ素子MC)の閾値の調整前の負荷線
RL1に関して、ゲート(G)に正電圧を印加して強誘
電体に書き込みを行い、その後、ゲート電圧を0Vに戻
した待機状態では、動作点がE点になる。このとき、動
作点は負荷線の反転状態上にあり、トランジスタはオン
のままである。従って、トランジスタのID−VG特性は
図9(a)のようにV G=0Vをヒステリシスが跨ぐ形
となる。このように、トランジスタのID−VG特性がV
G=0Vを跨ぐ場合には、VG=0Vの待機時にも電流が
流れてしまうためメモリ素子として使用することができ
ない。
In FIG. 7, the ferroelectric gate transistor is shown.
Load line before adjusting the threshold of the ferroelectric memory device MC
For RL1, apply a positive voltage to the gate (G) to induce
Write to the electric body, then return the gate voltage to 0V
In the standby state, the operating point becomes the E point. At this time,
The point is on the inversion state of the load line and the transistor is on.
It remains. Therefore, the transistor ID-VGThe characteristics are
V as shown in FIG. GHysteresis crosses = 0V
Becomes Thus, the transistor ID-VGCharacteristic is V
G= 0V, VGThe current is still on standby at = 0V
Since it flows, it can be used as a memory element.
Absent.

【0028】そこで、図7中の負荷線RL2のように、
負荷線を金属の仕事関数差によりシフトさせ、動作点を
F点とする。ここで、F点は、負荷線RL2の空乏領域
であるからトランジスタはオフして電流は流れない。従
って、トランジスタのID−VG特性は図9(b)のよう
になる。
Therefore, like the load line RL2 in FIG.
The load line is shifted by the work function difference of the metal, and the operating point is set to point F. Here, since the point F is the depletion region of the load line RL2, the transistor is turned off and no current flows. Therefore, I D -V G characteristics of the transistor is shown in FIG 9 (b).

【0029】しかしながら、この図9(b)の場合、大
きな逆方向電圧が強誘電体に印加されることになって分
極が反転し、データの保持特性は顕著に劣化する。さら
に、保持状態から読み出し電圧VREADを印加すると、負
荷線は図7中の負荷線(点線)RL3のように動くが、
動作点Fは強誘電体の飽和ヒステリシス上を戻らず、点
線の矢印で示すように動いてH点に達する。その結果、
読み出し電流がE点と比較して大幅に小さくなる。
However, in the case of FIG. 9B, a large reverse voltage is applied to the ferroelectric substance, so that the polarization is inverted and the data retention characteristic is significantly deteriorated. Furthermore, when the read voltage V READ is applied from the holding state, the load line moves like the load line (dotted line) RL3 in FIG.
The operating point F does not return on the saturation hysteresis of the ferroelectric substance, but moves as shown by the dotted arrow to reach the H point. as a result,
The read current is significantly smaller than that at point E.

【0030】図10はチャネル部に対するイオン注入に
よる閾値の調整を説明するための図であり、図11は図
10における負荷線を説明するための図であり、そし
て、図12はチャネル部にイオンを注入して閾値の調整
を行う場合の課題を説明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the adjustment of the threshold value by ion implantation into the channel portion, FIG. 11 is a diagram for explaining the load line in FIG. 10, and FIG. It is a figure for demonstrating the subject at the time of inject | pouring and adjusting a threshold value.

【0031】図10において、参照符号RL4はp型シ
リコン基板(p−Si)の基板濃度が低いときの負荷線
を示し、RL5は基板濃度が高いとき(イオン注入を行
って基板濃度を上げた場合)の負荷線を示し、そして、
RL6はゲート電圧VGが読み出し電圧VREADの場合
(VG=VREAD)の負荷線を示している。ここで、図1
0は、基本的には図7と同様であるが、図10において
は、基板濃度(NA)を、NA=1015cm-3のとき(基
板濃度が低いとき:負荷線RL4)、および、NA=1
18cm-3のとき(基板濃度が高いとき:負荷線RL
5)を示している。なお、図10において、縦軸は分極
(μC/cm2)を示し、横軸は印加電圧(ゲート電圧
G)を示している。
In FIG. 10, reference numeral RL4 shows a load line when the substrate concentration of the p-type silicon substrate (p-Si) is low, and RL5 when the substrate concentration is high (ion implantation was performed to increase the substrate concentration. Case) load line, and
RL6 indicates a load line when the gate voltage V G is the read voltage V READ (V G = V READ ). Here, FIG.
0 is basically the same as that of FIG. 7, in FIG. 10, the substrate concentration (N A), when N A = 10 15 cm -3 (when the substrate concentration is low: load line RL4), And N A = 1
0 18 cm -3 (when substrate concentration is high: load line RL
5) is shown. In FIG. 10, the vertical axis represents polarization (μC / cm 2 ) and the horizontal axis represents applied voltage (gate voltage V G ).

【0032】図11に示されるように、負荷線RL(R
L4〜RL6)上の動作点(反転領域)と閾値の電荷の
差ΔQが大きいほど大きな電流が流れる。従って、強誘
電体の電荷量が同程度であっても、トランジスタのID
は大きく異なる。
As shown in FIG. 11, the load line RL (R
A larger current flows as the difference ΔQ between the operating point (reversal region) on L4 to RL6 and the threshold charge increases. Therefore, even if the charges of the ferroelectrics are about the same, the I D
Is very different.

【0033】図10において、強誘電体ゲートトランジ
スタ(強誘電体メモリ素子MC)の基板濃度が低いとき
の負荷線RL4に関して、動作点はJ点で保持されてお
り、トランジスタはオンのままである。このときのID
−VG特性は、図12(a)のようになっている。
In FIG. 10, regarding the load line RL4 when the substrate concentration of the ferroelectric gate transistor (ferroelectric memory element MC) is low, the operating point is held at point J, and the transistor remains on. . I D at this time
The −V G characteristic is as shown in FIG.

【0034】一方、イオン注入を行って基板濃度を上げ
た場合の負荷線RL5に関して、保持時の動作点(K
点)は、負荷線上では空乏領域にあり、トランジスタは
オンしていない。従って、ID−VG特性は、図12
(b)のようになっている。
On the other hand, regarding the load line RL5 when the ion implantation is performed to increase the substrate concentration, the operating point (K
The point) is in the depletion region on the load line, and the transistor is not on. Therefore, I D -V G characteristics, FIG. 12
It looks like (b).

【0035】ここで、ゲート(G)に対して読み出し電
圧VREADを印加すると、負荷線は、図10中の点線で示
した負荷線RL6のように動く。このとき、動作点K
は、点線の矢印で示したようにL点へと動く。しかしな
がら、イオン注入によって、トランジスタが反転するた
めの電荷量が大きくなっているので、読み出し電流は大
きくすることができない。図10において、L点はまだ
空乏領域に在ってオンしていない。
When the read voltage V READ is applied to the gate (G), the load line moves like the load line RL6 shown by the dotted line in FIG. At this time, operating point K
Moves to point L as indicated by the dotted arrow. However, the read current cannot be increased because the amount of electric charge for inverting the transistor is increased by the ion implantation. In FIG. 10, point L is still in the depletion region and is not turned on.

【0036】このように、強誘電体ゲートトランジスタ
の閾値を調整してメモリとしてのデータ保持特性を向上
させるためには、ゲートの金属を変えたり、チャネル部
にイオン注入することが考えられるが、有効な解決策と
はいえないものであった。
As described above, in order to adjust the threshold value of the ferroelectric gate transistor and improve the data retention characteristics as a memory, it is conceivable to change the metal of the gate or ion-implant the channel portion. It was not a valid solution.

【0037】[0037]

【発明が解決しようとする課題】図13および図14は
従来の強誘電体メモリ素子が有する課題を説明するため
の図である。ここで、図13(a)はデータ書き込み時
の電圧印加の様子を示し、図13(b)はデータ保持時
の電圧印加の様子を示している。なお、MFIS−FE
T(図3(b)参照)やMFMIS(図3(c)参照)
の強誘電体メモリ素子は、等価的にMFM強誘電体キャ
パシタがMISFETのゲートに直列接続したものと考
えることができる。また、図14(a)は強誘電体膜
(MFM強誘電体キャパシタ)の電荷(Q)と電圧
(V)との関係を示し、図14(b)はMIS部の電荷
(Q)と電圧(V)との関係を示し、そして、図14
(c)は強誘電体メモリ素子における動作点の求め方を
示している。
FIGS. 13 and 14 are views for explaining the problems of the conventional ferroelectric memory device. Here, FIG. 13A shows a state of voltage application during data writing, and FIG. 13B shows a state of voltage application during data retention. In addition, MFIS-FE
T (see FIG. 3 (b)) and MFMIS (see FIG. 3 (c))
It can be considered that the MFM ferroelectric capacitor is equivalently connected in series to the gate of the MISFET. Further, FIG. 14A shows the relationship between the charge (Q) of the ferroelectric film (MFM ferroelectric capacitor) and the voltage (V), and FIG. 14B shows the charge (Q) of the MIS portion and the voltage. FIG. 14 shows the relationship with (V), and FIG.
(C) shows how to obtain the operating point in the ferroelectric memory device.

【0038】図13(a)において、参照符号VTは書
き込み時にゲートGに印加される電圧(全体の印加電
圧)を示している。なお、ソースSおよびドレインDの
電圧は0Vとされている。このとき、ゲートに印加され
る電圧(全電圧)VTは分圧され、強誘電体膜に対して
電圧VF印加され、そして、MIS部に対して電圧VM
印加される。なお、強誘電体膜におけるQ−V特性は図
14(a)のようになっており、また、MIS部のQ−
V特性は図14(b)のようになっている。そして、デ
ータ書き込み時には、図14(c)に示されるように、
T=VF+VMとなっている。
In FIG. 13A, reference numeral V T indicates the voltage applied to the gate G during writing (the entire applied voltage). The voltage of the source S and the drain D is 0V. At this time, the voltage (total voltage) V T applied to the gate is divided, the voltage V F is applied to the ferroelectric film, and the voltage V M is applied to the MIS portion. The Q-V characteristic of the ferroelectric film is as shown in FIG. 14A, and the Q-V characteristic of the MIS portion is
The V characteristic is as shown in FIG. Then, at the time of writing data, as shown in FIG.
V T = V F + V M.

【0039】図13(b)に示されるように、データ保
持時おいては、各端子(ゲートG、ソースSおよびドレ
インD)は接地(0V)され、また、電圧VTも0Vと
される。このとき、強誘電体膜には残留分極(QM)が
残るため、常誘電体キャパシタであるMIS部(バッフ
ァ層14)にはVM'(QM=CMM':CMは常誘電体キ
ャパシタの容量)という電圧が残り、強誘電体膜にはV
M'とは逆方向の電圧V F'が印加された状態となる。従っ
て、データ保持時には、強誘電体膜に対して電圧VF'
(=−VM':減分極電界)が印加されたままの状態とな
り、そのため強誘電体膜の分極が徐々に破壊されて、ゲ
ートGに読み出し電圧を印加しても電流値があまり大き
くできず、また、データ保持特性が短いという解決すべ
き課題がある。
As shown in FIG. 13B, the data storage
Keep the terminals (gate G, source S and drain
IN D) is grounded (0V), and voltage VTIs also 0V
To be done. At this time, the remanent polarization (QM)But
Since it remains, the MIS part (buffer
V in the layer 14)M'(QM= CMVM': CMIs the paraelectric material
Voltage remains) and the ferroelectric film has V
M'Voltage opposite to V F'Is applied. Obey
When the data is retained, the voltage VF'
(= -VM': Depolarized electric field) remains applied
Therefore, the polarization of the ferroelectric film is gradually destroyed and the
Even if a read voltage is applied to the gate G, the current value is too large.
Should be solved and the data retention characteristics should be short.
There are challenges.

【0040】本発明は、上述した従来の不揮発性半導体
記憶装置における課題に鑑み、読み出し電流が大きく、
且つ、長時間のデータ保持が可能な強誘電体メモリ素子
(不揮発性メモリ素子)およびそれを用いた不揮発性半
導体記憶装置の提供を目的とする。
In view of the above-mentioned problems in the conventional nonvolatile semiconductor memory device, the present invention provides a large read current,
Another object of the present invention is to provide a ferroelectric memory element (nonvolatile memory element) capable of holding data for a long time and a nonvolatile semiconductor memory device using the same.

【0041】[0041]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の形態によ
れば、複数のワード線と、複数のビット線対と、該各ワ
ード線および該各ビット線対との交差個所にマトリクス
状に設けられた複数のメモリセルと、該各ビット線対に
接続されたセンス回路と、アドレス信号をデコードして
対応するメモリセルに前記ワード線および前記センス回
路を介してアクセスするためのデコーダと、前記メモリ
セルに対するデータの書き込み、読み出しおよび保持に
必要とされる電圧を生成する電源回路とを備える不揮発
性半導体記憶装置であって、前記各メモリセルは、第1
電極、第2電極および制御電極を有する強誘電体ゲート
トランジスタと、第1電極、第2電極および制御電極を
有する遮断トランジスタとを備え、前記強誘電体ゲート
トランジスタの第1電極を前記遮断トランジスタの第2
電極に結合すると共に、該強誘電体ゲートトランジスタ
の制御端子および該遮断トランジスタの制御端子を共通
に結合したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置が
提供される。
According to the first aspect of the present invention, a plurality of word lines, a plurality of bit line pairs, and a matrix shape at intersections of the word lines and the bit line pairs are formed. A plurality of memory cells provided in each, a sense circuit connected to each bit line pair, and a decoder for decoding an address signal to access the corresponding memory cell via the word line and the sense circuit. A power supply circuit that generates a voltage required to write, read, and hold data in the memory cell, wherein each memory cell has a first
A ferroelectric gate transistor having an electrode, a second electrode, and a control electrode; and a cutoff transistor having a first electrode, a second electrode, and a control electrode, and a first electrode of the ferroelectric gate transistor is connected to the cutoff transistor. Second
There is provided a nonvolatile semiconductor memory device characterized in that the control terminal of the ferroelectric gate transistor and the control terminal of the cutoff transistor are commonly connected to the electrodes.

【0042】本発明の第2の形態によれば、第1電極、
第2電極および制御電極を有する強誘電体ゲートトラン
ジスタと、第1電極、第2電極および制御電極を有する
遮断トランジスタとを備え、前記強誘電体ゲートトラン
ジスタの第1電極を前記遮断トランジスタの第2電極に
結合すると共に、該強誘電体ゲートトランジスタの制御
端子および該遮断トランジスタの制御端子を共通に結合
したことを特徴とする不揮発性メモリ素子が提供され
る。
According to the second aspect of the present invention, the first electrode,
A ferroelectric gate transistor having a second electrode and a control electrode; and a cutoff transistor having a first electrode, a second electrode and a control electrode, wherein the first electrode of the ferroelectric gate transistor is the second of the cutoff transistor. Provided is a non-volatile memory device, characterized in that the control terminal of the ferroelectric gate transistor and the control terminal of the cutoff transistor are commonly connected to the electrodes.

【0043】図15は本発明に係る強誘電体メモリ素子
の原理を説明するための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining the principle of the ferroelectric memory device according to the present invention.

【0044】図15と図2との比較から明らかなよう
に、本発明に係る強誘電体メモリ素子(メモリセル)M
CSは、図2に示す1トランジスタ型の強誘電体メモリ
素子MCに対してNチャネル型MISトランジスタ(M
OSトランジスタ)MSをソース線(第1のビット線)
SLとドレイン線(第2のビット線)DLとの間に直列
に設けるようになっている。
As is apparent from the comparison between FIG. 15 and FIG. 2, the ferroelectric memory element (memory cell) M according to the present invention.
CS is an N-channel MIS transistor (M
OS transistor) MS as source line (first bit line)
It is arranged in series between SL and the drain line (second bit line) DL.

【0045】すなわち、図15に示されるように、本発
明の強誘電体メモリ素子MCSは、強誘電体ゲートトラ
ンジスタ(強誘電体ゲートトランジスタ部)MCおよび
MISトランジスタ(MISトランジスタ部:遮断トラ
ンジスタ)MSを備えて構成され、これら強誘電体ゲー
トトランジスタMCおよびMISトランジスタMSの各
ゲートはワード線Wに共通接続されている。
That is, as shown in FIG. 15, the ferroelectric memory element MCS of the present invention includes a ferroelectric gate transistor (ferroelectric gate transistor portion) MC and a MIS transistor (MIS transistor portion: cutoff transistor) MS. The respective gates of the ferroelectric gate transistor MC and the MIS transistor MS are commonly connected to the word line W.

【0046】MISトランジスタ(遮断トランジスタ)
MSは、強誘電体ゲートトランジスタMCをオン状態の
ままでその電流を遮断し、これにより、前述した減分極
電界に起因したデータの保持を行う強誘電体ゲートトラ
ンジスタMCの強誘電体膜における分極の破壊を抑制す
るようになっている。すなわち、強誘電体ゲートトラン
ジスタMCがオン状態であっても、ゲート電圧が0Vと
なる待機時には、MISトランジスタMSがオフとなる
ため、ソース線SLとドレイン線DL(一対のビット
線)の間に電流は流れない。
MIS transistor (cutoff transistor)
The MS cuts off the electric current of the ferroelectric gate transistor MC while keeping it in the ON state, and as a result, the polarization in the ferroelectric film of the ferroelectric gate transistor MC that holds the data due to the depolarization electric field described above. It is designed to suppress the destruction of. That is, even if the ferroelectric gate transistor MC is in the ON state, the MIS transistor MS is turned off in the standby state when the gate voltage is 0 V, so that it is between the source line SL and the drain line DL (pair of bit lines). No current flows.

【0047】従って、待機時のゲート電圧を、分極がオ
ン状態での強誘電体ゲートトランジスタMCの閾値電圧
よりも高く設定することができ、これにより、待機時に
強誘電体膜に印加される逆方向電界を小さくし、分極の
破壊を最小限に抑制することができる。その結果、読み
出し電流も大きく、保持特性の良好な強誘電体メモリ
(不揮発性半導体記憶装置)を提供することが可能とな
る。
Therefore, the gate voltage during standby can be set higher than the threshold voltage of the ferroelectric gate transistor MC in which the polarization is in the ON state, whereby the reverse voltage applied to the ferroelectric film during standby can be set. It is possible to reduce the directional electric field and minimize the destruction of polarization. As a result, it is possible to provide a ferroelectric memory (nonvolatile semiconductor memory device) with a large read current and good retention characteristics.

【0048】以上が本発明に係る強誘電体メモリ素子の
原理であるが、強誘電体ゲートトランジスタMCに対し
て単純にMISトランジスタを追加したのでは高集積化
に不利となるため、以下に詳述する各実施例では、主と
してこの機能を1素子で実現するためにフローティング
ゲートをチャネル領域の途中まで形成したスプリットゲ
ート構造を採用している。
The principle of the ferroelectric memory device according to the present invention has been described above. However, if a MIS transistor is simply added to the ferroelectric gate transistor MC, it is disadvantageous for high integration. In each of the embodiments described below, a split gate structure in which a floating gate is formed halfway in the channel region is mainly used to realize this function by one element.

【0049】[0049]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る不揮発性半導
体記憶装置および不揮発性メモリ素子の実施例を図面に
従って詳述する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a nonvolatile semiconductor memory device and a nonvolatile memory element according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0050】図16は本発明に係る強誘電体メモリ素子
の第1実施例を示す図であり、上述した図15をそのま
まメモリ素子として構成したものに対応する。図16に
おいて、参照符号11は半導体基板(p型シリコン基
板:p−Si)、12は金属ゲート、13は強誘電体
(強誘電体膜)、14はバッファ層(絶縁体)を示し、
また、参照符号21はゲート、22はシリコン酸化膜
(絶縁体)を示している。ここで、MISトランジスタ
(遮断トランジスタ)MSのゲート(制御電極)21お
よび絶縁体22は、強誘電体ゲートトランジスタMCの
金属ゲート12およびバッファ層14と同じ物質として
同じ工程で製造してもよいが、例えば、特性等を考慮し
て別な物質による別な工程で製造してもよい。
FIG. 16 is a diagram showing a first embodiment of the ferroelectric memory element according to the present invention, and corresponds to the above-described FIG. 15 directly configured as a memory element. In FIG. 16, reference numeral 11 is a semiconductor substrate (p-type silicon substrate: p-Si), 12 is a metal gate, 13 is a ferroelectric (ferroelectric film), and 14 is a buffer layer (insulator).
Reference numeral 21 indicates a gate, and 22 indicates a silicon oxide film (insulator). Here, the gate (control electrode) 21 and the insulator 22 of the MIS transistor (blocking transistor) MS may be made of the same material as the metal gate 12 and the buffer layer 14 of the ferroelectric gate transistor MC in the same process. For example, it may be manufactured in another process using another substance in consideration of characteristics and the like.

【0051】本第1実施例の強誘電体メモリ素子MCS
は、一対のビット線(ソース線SLおよびドレイン線D
L)の間に直列接続された強誘電体ゲートトランジスタ
(強誘電体ゲートトランジスタ部)MCおよびMISト
ランジスタ(MISトランジスタ部)MSを備えて構成
され、これら強誘電体ゲートトランジスタMCおよびM
ISトランジスタMSの各ゲートGはワード線Wに共通
接続されている。なお、本実施例および以下に説明する
各実施例の強誘電体メモリ素子MCSは、前述した図1
に示すような強誘電体メモリ(不揮発性半導体装置)の
メモリセルとして使用される。
Ferroelectric memory device MCS of the first embodiment
Is a pair of bit lines (source line SL and drain line D
L), a ferroelectric gate transistor (ferroelectric gate transistor portion) MC and a MIS transistor (MIS transistor portion) MS connected in series, and these ferroelectric gate transistors MC and M are provided.
Each gate G of the IS transistor MS is commonly connected to the word line W. It should be noted that the ferroelectric memory element MCS of this embodiment and each of the embodiments described below has the same structure as that shown in FIG.
It is used as a memory cell of a ferroelectric memory (nonvolatile semiconductor device) as shown in FIG.

【0052】強誘電体ゲートトランジスタMCは、前述
した図3(b)と同様の構造とされているが、これは単
なる一例であり、図3(a)或いは図3(c)等の構造
としてもよい。MISトランジスタMSは、Nチャネル
型のMISトランジスタとして構成され、ワード線Wに
読み出し電圧VREADが印加されたときにオンとなり、ワ
ード線Wに保持電圧(例えば、0V)が印加されたとき
にオフとなるように構成されている。なお、これらの強
誘電体ゲートトランジスタMCおよびMISトランジス
タMSは共にNチャネル型として構成されているが、読
み出し、書き込みおよび保持の各駆動電圧を変更する等
により、Pチャネル型としても構成することができるの
は言うまでもない。
The ferroelectric gate transistor MC has the same structure as that shown in FIG. 3B, but this is merely an example, and the structure shown in FIG. 3A or FIG. Good. The MIS transistor MS is configured as an N-channel type MIS transistor, is turned on when the read voltage V READ is applied to the word line W, and is turned off when the holding voltage (for example, 0 V) is applied to the word line W. Is configured to be. Although the ferroelectric gate transistor MC and the MIS transistor MS are both N-channel type, they may be P-channel type by changing the driving voltage for reading, writing and holding. It goes without saying that you can do it.

【0053】このように、本第1実施例の強誘電体メモ
リ素子MCSは、強誘電体ゲートトランジスタMCのソ
ース(第2電極)Sをソース線(第1のビット線)SL
に接続し、強誘電体ゲートトランジスタMCのドレイン
(第1電極)DをMISトランジスタMSのソースSに
接続し、MISトランジスタMSのドレインDをドレイ
ン線(第2のビット線)DLに接続し、さらに、強誘電
体ゲートトランジスタMCおよびMISトランジスタM
Sの各ゲートGをワード線Wに共通接続するようになっ
ている。これにより、ワード線Wに読み出し電圧VREAD
が印加されたときには、MISトランジスタMSがオン
となり、従来の強誘電体メモリ素子と同様に、強誘電体
ゲートトランジスタMCに保持されたデータが読み出さ
れる。そして、データ保持時には、ワード線Wの電圧が
0VとなってMISトランジスタMSがオフし、強誘電
体ゲートトランジスタMCのドレインはフローティング
状態(高インピーダンス状態)となり、前述した減分極
電界の影響を取り除かれて強誘電体膜における分極の破
壊が抑制される。これにより、強誘電体メモリ素子の読
み出し電流を大きくすると共に、保持特性を向上させる
ことができる。
As described above, in the ferroelectric memory element MCS of the first embodiment, the source (second electrode) S of the ferroelectric gate transistor MC is connected to the source line (first bit line) SL.
, The drain (first electrode) D of the ferroelectric gate transistor MC is connected to the source S of the MIS transistor MS, the drain D of the MIS transistor MS is connected to the drain line (second bit line) DL, Furthermore, the ferroelectric gate transistor MC and the MIS transistor M
Each gate G of S is commonly connected to the word line W. As a result, the read voltage V READ is applied to the word line W.
Is applied, the MIS transistor MS is turned on, and the data held in the ferroelectric gate transistor MC is read out as in the conventional ferroelectric memory element. Then, at the time of holding data, the voltage of the word line W becomes 0 V, the MIS transistor MS is turned off, the drain of the ferroelectric gate transistor MC becomes a floating state (high impedance state), and the influence of the depolarizing electric field described above is removed. The breakdown of polarization in the ferroelectric film is suppressed. This makes it possible to increase the read current of the ferroelectric memory element and improve the holding characteristics.

【0054】図17は本発明に係る強誘電体メモリ素子
の第2実施例を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a second embodiment of the ferroelectric memory device according to the present invention.

【0055】図17と図16との比較から明らかなよう
に、本第2実施例の強誘電体メモリ素子MCSは、上述
した第1実施例において、強誘電体ゲートトランジスタ
MCのドレイン(ドレイン領域)DとMISトランジス
タMSのソース(ソース領域)Sを1つの領域として構
成したもので、第1実施例よりは、強誘電体メモリ素子
MCSの占有面積を低減することができるようになって
いる。
As is clear from the comparison between FIG. 17 and FIG. 16, the ferroelectric memory element MCS of the second embodiment is similar to the first embodiment described above in that the drain (drain region) of the ferroelectric gate transistor MC. ) D and the source (source region) S of the MIS transistor MS are configured as one region, and the area occupied by the ferroelectric memory element MCS can be reduced as compared with the first embodiment. .

【0056】図18〜図25は本発明に係る強誘電体メ
モリ素子の第3実施例〜第10実施例を示す図であり、
それぞれスプリットゲート型の強誘電体メモリ素子の例
を示すものである。ここで、参照符号15は、フローテ
ィングゲート(金属層)を示している。
18 to 25 are views showing the third to tenth embodiments of the ferroelectric memory device according to the present invention.
Each of these shows an example of a split gate type ferroelectric memory device. Here, reference numeral 15 indicates a floating gate (metal layer).

【0057】図18に示されるように、本第3実施例の
強誘電体メモリ素子MCSは、垂直方向の積層構造によ
り大きく4つの領域R11〜R14に分けて考えること
ができ、領域R11は、金属ゲート12(21)、絶縁
体(バッファ層:ゲート絶縁膜)14(22)および半
導体基板(p−Si)11からなるMIS(MOS)ト
ランジスタMSに対応し、領域R12は、金属ゲート1
2、強誘電体(強誘電体膜)13、絶縁体14および半
導体基板11からなるMFIS構成の強誘電体ゲートト
ランジスタMCに対応し、そして、領域R13は、金属
ゲート12、強誘電体13、金属層15、絶縁体14お
よび半導体基板11からなるMFMIS構成の強誘電体
ゲートトランジスタMCに対応する。なお、領域R14
は、強誘電体13、金属層15、絶縁体14および半導
体基板11から構成される。この領域R14も、隣接す
る領域R13の金属ゲート12を含めて考えると、MF
MIS構成の強誘電体ゲートトランジスタMCに相当す
る。また、例えば、本実施例のようにNチャネル型のメ
モリ素子MCSにおいて、この領域R14は、メモリ素
子MCSの電界を考えた場合、メモリ素子MCSのデー
タを読み出すときに低電位の電圧が印加されるソース線
SL側に配置する方が好ましい。
As shown in FIG. 18, the ferroelectric memory element MCS of the third embodiment can be roughly divided into four regions R11 to R14 due to the vertical laminated structure, and the region R11 is The region R12 corresponds to the MIS (MOS) transistor MS including the metal gate 12 (21), the insulator (buffer layer: gate insulating film) 14 (22) and the semiconductor substrate (p-Si) 11, and the region R12 is the metal gate 1.
2, a ferroelectric (ferroelectric film) 13, an insulator 14, and a semiconductor substrate 11 corresponding to a MFIS-structured ferroelectric gate transistor MC, and a region R13 includes a metal gate 12, a ferroelectric 13, This corresponds to the ferroelectric gate transistor MC having the MFMIS structure including the metal layer 15, the insulator 14 and the semiconductor substrate 11. The region R14
Is composed of a ferroelectric substance 13, a metal layer 15, an insulator 14 and a semiconductor substrate 11. Considering the region R14 including the metal gate 12 in the adjacent region R13, MF is also considered.
It corresponds to the ferroelectric gate transistor MC having the MIS structure. Further, for example, in the N-channel type memory element MCS as in the present embodiment, when considering the electric field of the memory element MCS, a low potential voltage is applied to the region R14 when reading the data of the memory element MCS. It is preferable to dispose on the source line SL side.

【0058】図19は本発明に係る強誘電体メモリ素子
の第4実施例を示す図である。なお、図19〜図25で
は、ソース線SL、ドレイン線DLおよびワード線W等
は省略されている。
FIG. 19 is a diagram showing a fourth embodiment of the ferroelectric memory device according to the present invention. 19 to 25, the source line SL, the drain line DL, the word line W and the like are omitted.

【0059】図19と図18との比較から明らかなよう
に、本第4実施例の強誘電体メモリ素子MCSは、図1
8に示す第4実施例の強誘電体メモリ素子における領域
R12の半導体基板11内にn+型の不純物領域を設け
て、領域R12のMFIS構成部分をトランジスタ(M
C)として動作させないようにしている。すなわち、強
誘電体ゲートトランジスタMCとして領域R13(領域
14)のMFMIS構成部分を使用し、MISトランジ
スタMSとして領域R11のMIS(MOS)構成部分
を使用して、これら強誘電体ゲートトランジスタMCお
よびMISトランジスタMSを分割して使用するように
なっている。
As is clear from the comparison between FIG. 19 and FIG. 18, the ferroelectric memory element MCS of the fourth embodiment is similar to that of FIG.
In the ferroelectric memory device of the fourth embodiment shown in FIG. 8, an n + -type impurity region is provided in the semiconductor substrate 11 in the region R12, and the MFIS component of the region R12 is formed into a transistor (M
It does not operate as C). That is, using the MFMIS constituent part of the region R13 (region 14) as the ferroelectric gate transistor MC and the MIS (MOS) constituent part of the region R11 as the MIS transistor MS, these ferroelectric gate transistors MC and MIS are used. The transistor MS is divided and used.

【0060】図20は本発明に係る強誘電体メモリ素子
の第5実施例を示す図である。本第5実施例の強誘電体
メモリ素子MCSは、上述した第4実施例のメモリ素子
と同様に、領域R22の半導体基板11内にn+型の不
純物領域を設けて、強誘電体ゲートトランジスタMCと
して領域R24(領域23)のMFMIS構成部分を、
また、MISトランジスタMSとして領域R21のMI
S構成部分を、分割して使用するようになっている。
FIG. 20 is a diagram showing a fifth embodiment of the ferroelectric memory device according to the present invention. The ferroelectric memory element MCS of the fifth embodiment is similar to the memory element of the fourth embodiment described above in that the n + -type impurity region is provided in the semiconductor substrate 11 of the region R22, and the ferroelectric gate transistor MCS is formed. As the MC, the MFMIS constituent part of the region R24 (region 23) is
Further, the MI of the region R21 is used as the MIS transistor MS.
The S component is divided and used.

【0061】図21は本発明に係る強誘電体メモリ素子
の第6実施例を示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing a sixth embodiment of the ferroelectric memory element according to the present invention.

【0062】本第6実施例の強誘電体メモリ素子MCS
において、領域R31およびR33は、それぞれ金属ゲ
ート12(21)、絶縁体14(22)および半導体基
板11からなるMISトランジスタMSに対応し、領域
R32は、金属ゲート12、強誘電体13、金属層1
5、絶縁体14および半導体基板11からなるMFMI
S構成の強誘電体ゲートトランジスタMCに対応してい
る。
Ferroelectric memory device MCS of the sixth embodiment
In, the regions R31 and R33 correspond to the MIS transistor MS including the metal gate 12 (21), the insulator 14 (22) and the semiconductor substrate 11, respectively, and the region R32 corresponds to the metal gate 12, the ferroelectric 13 and the metal layer. 1
5, MFMI including insulator 14 and semiconductor substrate 11
This corresponds to the ferroelectric gate transistor MC having the S configuration.

【0063】図22は本発明に係る強誘電体メモリ素子
の第7実施例を示す図であり、上述した第6実施例を簡
略化したものである。
FIG. 22 is a diagram showing a seventh embodiment of the ferroelectric memory element according to the present invention, which is a simplified version of the sixth embodiment described above.

【0064】すなわち、本第7実施例の強誘電体メモリ
素子MCSにおいて、MISトランジスタMSは、第6
実施例と同様に、金属ゲート12(21)、絶縁体14
(22)および半導体基板11からなる領域R31およ
びR33で構成され、強誘電体ゲートトランジスタMC
は、金属ゲート12、強誘電体13、絶縁体14および
半導体基板11からなるMFIS構成の領域R32で構
成されている。
That is, in the ferroelectric memory element MCS of the seventh embodiment, the MIS transistor MS is the sixth
Similar to the embodiment, the metal gate 12 (21), the insulator 14
(22) and the regions R31 and R33 formed of the semiconductor substrate 11, and the ferroelectric gate transistor MC
Is composed of a region R32 of the MFIS structure including the metal gate 12, the ferroelectric 13, the insulator 14, and the semiconductor substrate 11.

【0065】すなわち、本第6実施例および第7実施例
の強誘電体メモリ素子MCSは、強誘電体ゲートトラン
ジスタMCの両側(ソース側およびドレイン側)にそれ
ぞれMISトランジスタMSが設けられるようになって
いる。従って、強誘電体ゲートトランジスタ(R32)
のドレインは第1のMISトランジスタ(R31)のソ
ースに結合され、また、強誘電体ゲートトランジスタ
(R32)のソースは第2のMISトランジスタ(R3
3)のドレインに結合され、そして、強誘電体ゲートト
ランジスタ(R32)のゲートGおよび該第1および第
2のMISトランジスタ(R31,R33)の制御端子
G,Gは共通に結合されている。
That is, in the ferroelectric memory element MCS of the sixth and seventh embodiments, the MIS transistor MS is provided on each side (source side and drain side) of the ferroelectric gate transistor MC. ing. Therefore, the ferroelectric gate transistor (R32)
Is coupled to the source of the first MIS transistor (R31), and the source of the ferroelectric gate transistor (R32) is coupled to the source of the second MIS transistor (R3).
3) is coupled to the drain, and the gate G of the ferroelectric gate transistor (R32) and the control terminals G, G of the first and second MIS transistors (R31, R33) are commonly coupled.

【0066】図23は本発明に係る強誘電体メモリ素子
の第8実施例を示す図であり、前述した図18に示す第
3実施例のNチャネル型の強誘電体メモリ素子をPチャ
ネル型で構成したものを示している。図23において、
参照符号10はウェル(n−Si)を示している。
FIG. 23 is a diagram showing an eighth embodiment of the ferroelectric memory device according to the present invention. The N-channel type ferroelectric memory device of the third embodiment shown in FIG. 18 is a P-channel type. It shows the one configured with. In FIG. 23,
Reference numeral 10 indicates a well (n-Si).

【0067】図23および図18から明らかなように、
本発明に係る強誘電体メモリ素子は、Nチャネル型に限
定されるものではなく、各実施例に対応したPチャネル
型の構成も可能である。
As is apparent from FIGS. 23 and 18,
The ferroelectric memory device according to the present invention is not limited to the N-channel type, and a P-channel type structure corresponding to each embodiment is also possible.

【0068】図24は本発明に係る強誘電体メモリ素子
の第9実施例を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing a ninth embodiment of the ferroelectric memory element according to the present invention.

【0069】図24に示されるように、本第9実施例の
強誘電体メモリ素子MCSにおいて、領域R41は、金
属ゲート12(21)、絶縁体14(22)および半導
体基板11からなるMISトランジスタMSに対応し、
領域R43(R44)は、金属ゲート12、強誘電体1
3、金属層15、絶縁体14および半導体基板11から
なるMFMIS構成の強誘電体ゲートトランジスタMC
に対応する。なお、領域R42は、金属ゲート12、絶
縁体14、金属層15、絶縁体14および半導体基板1
1から構成されるが、この領域R42により、領域R4
1と領域R43(R44)が分割されることになる。
As shown in FIG. 24, in the ferroelectric memory element MCS of the ninth embodiment, the region R41 is a MIS transistor including the metal gate 12 (21), the insulator 14 (22) and the semiconductor substrate 11. Corresponding to MS,
The region R43 (R44) includes the metal gate 12 and the ferroelectric 1.
3. Ferroelectric gate transistor MC of MFMIS structure composed of 3, metal layer 15, insulator 14 and semiconductor substrate 11.
Corresponding to. The region R42 includes the metal gate 12, the insulator 14, the metal layer 15, the insulator 14, and the semiconductor substrate 1.
Although it is composed of 1, the region R42 is formed by this region R42.
1 and the region R43 (R44) are divided.

【0070】以上の各実施例において、強誘電体ゲート
トランジスタMCの絶縁体(バッファ層)14およびM
ISトランジスタMSの絶縁体(ゲート絶縁膜)22と
しては、SiO2,SiON,Si34をはじめ、Zr
2,HfO2,La23,SrTiO3,SrTa26
等の高誘電率材料を用いることができる。また、金属層
(フローティングゲート)15としては、Pt,Ti,
Irなどの金属をはじめ、IrO2,RuO2等の導電性
酸化物、TiN,TaN,ZrN等の導電性窒化物、さ
らには、ポリシリコンやそれらの積層構造を用いること
ができる。さらに、強誘電体(強誘電体膜)13として
は、Pb(Zr,Ti)O3(PZT)系,SrBi2
29(SBT)系,(Bi,La)4Ti312(BL
T)系,或いは、Sr2(Ta,Nb)27等の材料を使
用することが可能である。
In each of the above embodiments, the insulator (buffer layer) 14 and M of the ferroelectric gate transistor MC.
The insulator (gate insulating film) 22 of the IS transistor MS includes SiO 2 , SiON, Si 3 N 4 and Zr.
O 2, HfO 2, La 2 O 3, SrTiO 3, SrTa 2 O 6
A high dielectric constant material such as Further, as the metal layer (floating gate) 15, Pt, Ti,
In addition to metals such as Ir, conductive oxides such as IrO 2 and RuO 2 , conductive nitrides such as TiN, TaN, and ZrN, and polysilicon and a laminated structure thereof can be used. Further, as the ferroelectric substance (ferroelectric film) 13, Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT) system, SrBi 2 T
a 2 O 9 (SBT) system, (Bi, La) 4 Ti 3 O 12 (BL
It is possible to use a T) -based material or a material such as Sr 2 (Ta, Nb) 2 O 7 .

【0071】上述したように、本発明の各実施例に係る
強誘電体メモリ素子は、データ保持時にはMISトラン
ジスタ部でドレイン電流をオフするため、待機時に問題
となる強誘電体の分極の減少を抑制することができ、読
み出し電流を大きくとることが可能となり、また、デー
タの保持特性を改善することができる。
As described above, in the ferroelectric memory device according to each of the embodiments of the present invention, the drain current is turned off in the MIS transistor portion during data retention, so that the polarization of the ferroelectric substance, which is a problem during standby, is reduced. Therefore, the read current can be increased, and the data retention characteristic can be improved.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、不揮発性メモリ素子(不揮発性半導体記憶装置)の
読み出し電流を増大することができ、また、データ保持
特性を向上することができる。
As described above in detail, according to the present invention, the read current of the nonvolatile memory element (nonvolatile semiconductor memory device) can be increased and the data retention characteristic can be improved. it can.

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

【図1】1トランジスタ(1T)型の強誘電体メモリ素
子を用いた強誘電体メモリの一例を説明するための図で
ある。
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a ferroelectric memory using a 1-transistor (1T) type ferroelectric memory element.

【図2】図1の強誘電体メモリにおける1つの強誘電体
メモリ素子を示す図である。
2 is a diagram showing one ferroelectric memory element in the ferroelectric memory of FIG. 1. FIG.

【図3】図2の強誘電体メモリ素子の従来例を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing a conventional example of the ferroelectric memory device of FIG.

【図4】強誘電体ゲートトランジスタの動作原理を説明
するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation principle of a ferroelectric gate transistor.

【図5】強誘電体メモリ素子の特性を説明するための図
(その1)である。
FIG. 5 is a diagram (No. 1) for explaining the characteristics of the ferroelectric memory element.

【図6】強誘電体メモリ素子の特性を説明するための図
(その2)である。
FIG. 6 is a diagram (No. 2) for explaining the characteristics of the ferroelectric memory element.

【図7】ゲートの金属を変えることによる閾値の調整を
説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the adjustment of the threshold value by changing the metal of the gate.

【図8】図7における負荷線を説明するための図であ
る。
FIG. 8 is a diagram for explaining load lines in FIG. 7.

【図9】ゲートの金属を変えて閾値の調整を行う場合の
課題を説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a problem when the threshold metal is adjusted by changing the metal of the gate.

【図10】チャネル部に対するイオン注入による閾値の
調整を説明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining adjustment of a threshold value by ion implantation into a channel portion.

【図11】図10における負荷線を説明するための図で
ある。
FIG. 11 is a diagram for explaining load lines in FIG.

【図12】チャネル部にイオンを注入して閾値の調整を
行う場合の課題を説明するための図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining a problem in the case of adjusting the threshold value by implanting ions into the channel portion.

【図13】従来の強誘電体メモリ素子が有する課題を説
明するための図(その1)である。
FIG. 13 is a diagram (No. 1) for explaining the problem of the conventional ferroelectric memory device.

【図14】従来の強誘電体メモリ素子が有する課題を説
明するための図(その2)である。
FIG. 14 is a diagram (No. 2) for explaining the problem of the conventional ferroelectric memory element.

【図15】本発明に係る強誘電体メモリ素子の原理を説
明するための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining the principle of the ferroelectric memory device according to the present invention.

【図16】本発明に係る強誘電体メモリ素子の第1実施
例を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a first embodiment of a ferroelectric memory element according to the present invention.

【図17】本発明に係る強誘電体メモリ素子の第2実施
例を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a second embodiment of the ferroelectric memory element according to the present invention.

【図18】本発明に係る強誘電体メモリ素子の第3実施
例を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a third embodiment of the ferroelectric memory element according to the present invention.

【図19】本発明に係る強誘電体メモリ素子の第4実施
例を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a fourth embodiment of the ferroelectric memory element according to the present invention.

【図20】本発明に係る強誘電体メモリ素子の第5実施
例を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing a fifth embodiment of the ferroelectric memory element according to the present invention.

【図21】本発明に係る強誘電体メモリ素子の第6実施
例を示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing a sixth embodiment of the ferroelectric memory element according to the present invention.

【図22】本発明に係る強誘電体メモリ素子の第7実施
例を示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing a seventh embodiment of the ferroelectric memory element according to the present invention.

【図23】本発明に係る強誘電体メモリ素子の第8実施
例を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing an eighth embodiment of the ferroelectric memory element according to the present invention.

【図24】本発明に係る強誘電体メモリ素子の第9実施
例を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing a ninth embodiment of the ferroelectric memory element according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…半導体基板(p型シリコン基板:p−Si) 12…金属ゲート 13…強誘電体(強誘電体膜) 14…バッファ層(絶縁体) 15…フローティングゲート(金属層) 21…ゲート 22…シリコン酸化膜 A1〜Aj…アドレス信号 D…第1電極(ドレイン) DEC…デコーダ DL…ドレイン線(第2のビット線) G…制御電極(ゲート) MCS,MC1〜MCm…誘電体メモリ素子(メモリセ
ルトランジスタ) MC…誘電体ゲートトランジスタ MS…遮断トランジスタ(MISトランジスタ) PS…電源回路 S…第2電極(ソース) SA…センス回路 SL…ソース線(第1のビット線) W,W1〜Wm…ワード線
11 ... Semiconductor substrate (p-type silicon substrate: p-Si) 12 ... Metal gate 13 ... Ferroelectric material (ferroelectric film) 14 ... Buffer layer (insulator) 15 ... Floating gate (metal layer) 21 ... Gate 22 ... Silicon oxide films A1 to Aj ... Address signal D ... First electrode (drain) DEC ... Decoder DL ... Drain line (second bit line) G ... Control electrode (gate) MCS, MC1 to MCm ... Dielectric memory element (memory Cell transistor) MC ... Dielectric gate transistor MS ... Cutoff transistor (MIS transistor) PS ... Power supply circuit S ... Second electrode (source) SA ... Sense circuit SL ... Source line (first bit line) W, W1 to Wm ... Word line

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のワード線と、 複数のビット線対と、 該各ワード線および該各ビット線対との交差個所にマト
リクス状に設けられた複数のメモリセルと、 該各ビット線対に接続されたセンス回路と、 アドレス信号をデコードして対応するメモリセルに前記
ワード線および前記センス回路を介してアクセスするた
めのデコーダと、 前記メモリセルに対するデータの書き込み、読み出しお
よび保持に必要とされる電圧を生成する電源回路とを備
える不揮発性半導体記憶装置であって、前記各メモリセ
ルは、 第1電極、第2電極および制御電極を有する強誘電体ゲ
ートトランジスタと、 第1電極、第2電極および制御電極を有する遮断トラン
ジスタとを備え、前記強誘電体ゲートトランジスタの第
1電極を前記遮断トランジスタの第2電極に結合すると
共に、該強誘電体ゲートトランジスタの制御端子および
該遮断トランジスタの制御端子を共通に結合したことを
特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
1. A plurality of word lines, a plurality of bit line pairs, a plurality of memory cells arranged in a matrix at intersections of the word lines and the bit line pairs, and the bit line pairs. A sense circuit connected to the memory cell, a decoder for decoding an address signal to access a corresponding memory cell through the word line and the sense circuit, and a decoder necessary for writing, reading, and holding data in the memory cell. A non-volatile semiconductor memory device including a power supply circuit for generating a voltage, wherein each memory cell includes a ferroelectric gate transistor having a first electrode, a second electrode and a control electrode; A cutoff transistor having two electrodes and a control electrode, wherein the first electrode of the ferroelectric gate transistor is a second electrode of the cutoff transistor With binding to, non-volatile semiconductor memory device, characterized in that the coupling the control terminal of the control terminal and the blocking transistor of the ferroelectric gate transistor in common.
【請求項2】 請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装
置において、前記強誘電体ゲートトランジスタを、金属
ゲート、強誘電体および半導体基板によるMFS構造で
構成したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the ferroelectric gate transistor has an MFS structure including a metal gate, a ferroelectric substance and a semiconductor substrate. apparatus.
【請求項3】 請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装
置において、前記強誘電体ゲートトランジスタを、金属
ゲート、強誘電体、絶縁体および半導体基板によるMF
IS構造で構成したことを特徴とする不揮発性半導体記
憶装置。
3. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the ferroelectric gate transistor is a metal gate, a ferroelectric substance, an insulator, and a semiconductor substrate.
A non-volatile semiconductor memory device having an IS structure.
【請求項4】 請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装
置において、前記強誘電体ゲートトランジスタを、金属
ゲート、強誘電体、金属層、絶縁体および半導体基板に
よるMFMIS構造で構成したことを特徴とする不揮発
性半導体記憶装置。
4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the ferroelectric gate transistor has an MFMIS structure including a metal gate, a ferroelectric, a metal layer, an insulator, and a semiconductor substrate. Nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項5】 請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装
置において、前記強誘電体ゲートトランジスタおよび前
記遮断トランジスタを、該強誘電体ゲートトランジスタ
の金属層をチャネル領域の途中まで形成したスプリット
ゲート構造により構成したことを特徴とする不揮発性半
導体記憶装置。
5. The split gate structure according to claim 1, wherein the ferroelectric gate transistor and the cutoff transistor are formed by forming a metal layer of the ferroelectric gate transistor halfway in a channel region. A non-volatile semiconductor memory device comprising:
【請求項6】 請求項5に記載の不揮発性半導体記憶装
置において、前記強誘電体ゲートトランジスタを構成す
る領域と前記遮断トランジスタを構成する領域との間の
前記半導体基板内に不純物領域を形成して、該強誘電体
ゲートトランジスタおよび該遮断トランジスタを分離す
るようにしたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装
置。
6. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5, wherein an impurity region is formed in the semiconductor substrate between a region forming the ferroelectric gate transistor and a region forming the cutoff transistor. A non-volatile semiconductor memory device characterized in that the ferroelectric gate transistor and the cutoff transistor are separated from each other.
【請求項7】 請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装
置において、前記強誘電体ゲートトランジスタの制御電
極および前記遮断トランジスタの制御電極を共有するよ
うにしたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
7. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the control electrode of the ferroelectric gate transistor and the control electrode of the cutoff transistor are shared. .
【請求項8】 請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装
置において、前記遮断トランジスタを、金属ゲート、絶
縁体および半導体基板によるMISトランジスタとして
構成したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
8. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the cutoff transistor is configured as a MIS transistor including a metal gate, an insulator and a semiconductor substrate.
【請求項9】 請求項8に記載の不揮発性半導体記憶装
置において、前記MISトランジスタは、第1のMIS
トランジスタおよび第2のMISトランジスタを備え、 前記強誘電体ゲートトランジスタの第1電極を前記第1
のMISトランジスタの第2電極に結合すると共に、前
記強誘電体ゲートトランジスタの第2電極を前記第2の
MISトランジスタの第1電極に結合し、且つ、該強誘
電体ゲートトランジスタの制御端子および該第1および
第2のMISトランジスタの制御端子を共通に結合した
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
9. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 8, wherein the MIS transistor is a first MIS.
A first gate electrode of the ferroelectric gate transistor, and a second MIS transistor.
Coupled to the second electrode of the MIS transistor, the second electrode of the ferroelectric gate transistor is coupled to the first electrode of the second MIS transistor, and the control terminal of the ferroelectric gate transistor and the A non-volatile semiconductor memory device characterized in that the control terminals of the first and second MIS transistors are commonly coupled.
【請求項10】 第1電極、第2電極および制御電極を
有する強誘電体ゲートトランジスタと、 第1電極、第2電極および制御電極を有する遮断トラン
ジスタとを備え、前記強誘電体ゲートトランジスタの第
1電極を前記遮断トランジスタの第2電極に結合すると
共に、該強誘電体ゲートトランジスタの制御端子および
該遮断トランジスタの制御端子を共通に結合したことを
特徴とする不揮発性メモリ素子。
10. A ferroelectric gate transistor having a first electrode, a second electrode and a control electrode, and a cutoff transistor having a first electrode, a second electrode and a control electrode, wherein A non-volatile memory device, wherein one electrode is coupled to a second electrode of the cutoff transistor, and the control terminal of the ferroelectric gate transistor and the control terminal of the cutoff transistor are commonly connected.
【請求項11】 請求項10に記載の不揮発性メモリ素
子において、前記強誘電体ゲートトランジスタを、金属
ゲート、強誘電体および半導体基板によるMFS構造で
構成したことを特徴とする不揮発性メモリ素子。
11. The non-volatile memory device according to claim 10, wherein the ferroelectric gate transistor has an MFS structure including a metal gate, a ferroelectric and a semiconductor substrate.
【請求項12】 請求項10に記載の不揮発性メモリ素
子において、前記強誘電体ゲートトランジスタを、金属
ゲート、強誘電体、絶縁体および半導体基板によるMF
IS構造で構成したことを特徴とする不揮発性メモリ素
子。
12. The non-volatile memory device according to claim 10, wherein the ferroelectric gate transistor comprises a metal gate, a ferroelectric substance, an insulator, and a semiconductor substrate.
A non-volatile memory device having an IS structure.
【請求項13】 請求項10に記載の不揮発性メモリ素
子において、前記強誘電体ゲートトランジスタを、金属
ゲート、強誘電体、金属層、絶縁体および半導体基板に
よるMFMIS構造で構成したことを特徴とする不揮発
性メモリ素子。
13. The non-volatile memory device according to claim 10, wherein the ferroelectric gate transistor has an MFMIS structure including a metal gate, a ferroelectric, a metal layer, an insulator and a semiconductor substrate. Non-volatile memory device.
【請求項14】 請求項10に記載の不揮発性メモリ素
子において、前記強誘電体ゲートトランジスタおよび前
記遮断トランジスタを、該強誘電体ゲートトランジスタ
の金属層をチャネル領域の途中まで形成したスプリット
ゲート構造により構成したことを特徴とする不揮発性メ
モリ素子。
14. The non-volatile memory device according to claim 10, wherein the ferroelectric gate transistor and the cutoff transistor have a split gate structure in which a metal layer of the ferroelectric gate transistor is formed halfway in a channel region. A non-volatile memory device characterized by being configured.
【請求項15】 請求項14に記載の不揮発性メモリ素
子において、前記強誘電体ゲートトランジスタを構成す
る領域と前記遮断トランジスタを構成する領域との間の
前記半導体基板内に不純物領域を形成して、該強誘電体
ゲートトランジスタおよび該遮断トランジスタを分離す
るようにしたことを特徴とする不揮発性メモリ素子。
15. The nonvolatile memory element according to claim 14, wherein an impurity region is formed in the semiconductor substrate between a region forming the ferroelectric gate transistor and a region forming the cutoff transistor. A non-volatile memory device, wherein the ferroelectric gate transistor and the cutoff transistor are separated from each other.
【請求項16】 請求項10に記載の不揮発性メモリ素
子において、前記強誘電体ゲートトランジスタの制御電
極および前記遮断トランジスタの制御電極を共有するよ
うにしたことを特徴とする不揮発性メモリ素子。
16. The non-volatile memory element according to claim 10, wherein the control electrode of the ferroelectric gate transistor and the control electrode of the cutoff transistor are shared.
【請求項17】 請求項10に記載の不揮発性メモリ素
子において、前記遮断トランジスタを、金属ゲート、絶
縁体および半導体基板によるMISトランジスタとして
構成したことを特徴とする不揮発性メモリ素子。
17. The non-volatile memory device according to claim 10, wherein the cutoff transistor is configured as a MIS transistor having a metal gate, an insulator and a semiconductor substrate.
【請求項18】 請求項17に記載の不揮発性メモリ素
子において、前記MISトランジスタは、第1のMIS
トランジスタおよび第2のMISトランジスタを備え、 前記強誘電体ゲートトランジスタの第1電極を前記第1
のMISトランジスタの第2電極に結合すると共に、前
記強誘電体ゲートトランジスタの第2電極を前記第2の
MISトランジスタの第1電極に結合し、且つ、該強誘
電体ゲートトランジスタの制御端子および該第1および
第2のMISトランジスタの制御端子を共通に結合した
ことを特徴とする不揮発性メモリ素子。
18. The non-volatile memory element according to claim 17, wherein the MIS transistor is a first MIS.
A first gate electrode of the ferroelectric gate transistor, and a second MIS transistor.
Coupled to the second electrode of the MIS transistor, the second electrode of the ferroelectric gate transistor is coupled to the first electrode of the second MIS transistor, and the control terminal of the ferroelectric gate transistor and the A non-volatile memory device, wherein the control terminals of the first and second MIS transistors are commonly coupled.
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