JP2012003832A - 半導体装置の駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】書き込み期間と保持期間の間に、トランジスタのゲートに強い負電位を与える期間(反転期間)を設ける。反転期間において、当該トランジスタのドレインから酸化物半導体層に対する正電荷の供給が促進される。これにより、酸化物半導体層内又は酸化物半導体層及びゲート絶縁膜の界面への正電荷の蓄積を短期間で収束させることができる。そのため、反転期間後の保持期間における当該トランジスタのドレインに電気的に接続されたノードにおける正電荷の減少を抑制することが可能である。すなわち、当該半導体装置に記憶された情報の経時変化を抑制することが可能である。
【選択図】図1
Description
本実施の形態では、酸化物半導体層によってチャネル領域が形成されるトランジスタのソース及びドレインの一方が電気的に接続されたノードにおいて電荷を保持することでデータを記憶する半導体装置及びその駆動方法の一例について図1を参照して説明する。
図1(A)は、本実施の形態の半導体装置の構成例を示す回路図である。図1(A)に示す半導体装置は、ゲートが端子aに電気的に接続され、ソース及びドレインの一方が端子bに電気的に接続されたトランジスタ10と、ゲートがトランジスタ10のソース及びドレインの他方に電気的に接続され、ソース及びドレインの一方が端子cに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が端子dに電気的に接続されたトランジスタ11とを有する。なお、トランジスタ10は、酸化物半導体(OS)層によってチャネル領域が形成されるトランジスタである。また、トランジスタ11のチャネル領域を形成する半導体材料は特に限定されない。例えば、トランジスタ11をトランジスタ10と同様に酸化物半導体層によってチャネル領域が形成されるトランジスタとする場合、製造コスト及び歩留まりの向上が図れる。また、トランジスタ11として単結晶シリコン又は多結晶シリコンなどによってチャネル領域が形成されるトランジスタを適用する場合、トランジスタ11の移動度を向上させることで当該半導体装置の高速駆動が可能になる。
図1(B)は、図1(A)に示した半導体装置の駆動方法の一例を示す図である。なお、図1(B)においては、トランジスタ10を介して端子bから供給される正電荷をノードAに蓄積する際の端子a及びノードAの電位の変化を示している。
本実施の形態では、実施の形態1に示した半導体装置の具体的な一例について図2を参照して説明する。
図2(A)は、実施の形態1に示した半導体装置の具体例を示す回路図である。図2(A)に示す半導体装置は、ゲートが書き込みワード線23に電気的に接続され、ソース及びドレインの一方が書き込みビット線26に電気的に接続されたトランジスタ20と、ゲートがトランジスタ20のソース及びドレインの他方に電気的に接続され、ソース及びドレインの一方が読み出しビット線25に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が固定電位線27に電気的に接続されたトランジスタ21と、一方の電極がトランジスタ20のソース及びドレインの他方並びにトランジスタ21のゲートに電気的に接続され、他方の電極が読み出しワード線24に電気的に接続された容量素子22と、を有する。なお、トランジスタ20は、酸化物半導体(OS)層によってチャネル領域が形成されるトランジスタである。また、トランジスタ21のチャネル領域を形成する半導体材料は特に限定されない。
図2(C)は、図2(A)とは異なる半導体装置の具体例を示す回路図である。図2(C)に示す半導体装置は、一列に配設されたn個(nは、3以上の自然数)の記憶素子40を有する。該複数の記憶素子40のそれぞれは、ゲートが書き込みワード線33に電気的に接続され、ソース及びドレインの一方がビット線35に電気的に接続されたトランジスタ30と、ゲートがトランジスタ30のソース及びドレインの他方に電気的に接続されたトランジスタ31と、一方の電極がトランジスタ30のソース及びドレインの他方並びにトランジスタ31のゲートに電気的に接続され、他方の電極が読み出しワード線34に電気的に接続された容量素子32と、を有する。また、k番目(kは、2以上n未満の自然数)に配設された記憶素子40が有するトランジスタ31のソース及びドレインの一方は、(k−1)番目に配設された記憶素子40が有するトランジスタ31のソース及びドレインの他方に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方は、(k+1)番目に配設された記憶素子40が有するトランジスタ31のソース及びドレインの一方に電気的に接続される。なお、1番目に配設された記憶素子40が有するトランジスタ31のソース及びドレインの一方は、出力端子として機能する。また、n番目に配設された記憶素子40が有するトランジスタ31のソース及びドレインの他方は接地される。なお、複数の記憶素子40のそれぞれが有するトランジスタ30は、酸化物半導体(OS)層によってチャネル領域が形成されるトランジスタである。また、複数の記憶素子40のそれぞれが有するトランジスタ31のチャネル領域を形成する半導体材料は特に限定されない。
本実施の形態では、上記実施の形態で示した半導体装置が有するトランジスタの一例について説明する。具体的には、半導体材料を含む基板を用いて形成されるトランジスタ及び酸化物半導体層を用いて形成されるトランジスタを有する半導体装置の一例について示す。
本実施の形態の半導体装置の断面図を図3に示す。
次に、トランジスタ160及びトランジスタ164の作製方法の一例について説明する。以下では、はじめにトランジスタ160の作製方法について図4を参照しながら説明し、その後、トランジスタ164の作製方法について図5および図6を参照しながら説明する。
図7乃至図10には、トランジスタ164の構成の変形例を示す。つまり、トランジスタ160の構成は上記と同様である。
本実施形態は上記実施の形態に示した記憶装置を有する半導体装置の使用例として、RFID(Radio Frequency Identification)タグ500を示す(図11参照)。
本実施の形態では、上記の実施の形態に示した半導体装置の使用例について図13を参照して説明する。
11 トランジスタ
20 トランジスタ
21 トランジスタ
22 容量素子
23 書き込みワード線
24 読み出しワード線
25 読み出しビット線
26 書き込みビット線
27 固定電位線
30 トランジスタ
31 トランジスタ
32 容量素子
33 書き込みワード線
34 読み出しワード線
35 ビット線
40 記憶素子
100 基板
102 保護層
104 半導体領域
106 素子分離絶縁層
108a ゲート絶縁膜
108b 絶縁層
110a ゲート層
110b 電極層
112 絶縁層
114a 不純物領域
114b 不純物領域
116 チャネル領域
118 サイドウォール絶縁層
120a 高濃度不純物領域
120b 高濃度不純物領域
122 金属層
124a 金属化合物領域
124b 金属化合物領域
126 層間絶縁層
128 層間絶縁層
130a ソース層
130b ドレイン層
130c 電極層
132 絶縁層
134 導電層
136a 電極層
136b 電極層
136c 電極層
136d ゲート層
138 ゲート絶縁膜
140 酸化物半導体層
142a ソース層
142b ドレイン層
144 保護絶縁層
146 層間絶縁層
148 導電層
150a 電極層
150b 電極層
150c 電極層
150d 電極層
150e 電極層
152 絶縁層
154a 電極層
154b 電極層
154c 電極層
154d 電極層
160 トランジスタ
164 トランジスタ
500 RFIDタグ
501 アンテナ回路
502 信号処理回路
503 整流回路
504 電源回路
505 復調回路
506 発振回路
507 論理回路
508 メモリコントロール回路
509 メモリ回路
510 論理回路
511 アンプ
512 変調回路
1500 半導体装置
Claims (3)
- 酸化物半導体層によってチャネル領域が形成されるトランジスタのソース及びドレインの一方に電気的に接続されたノードにおいて電荷を保持する半導体装置の駆動方法であって、
書き込み期間において、前記トランジスタのゲートに第1の電位を与え、前記トランジスタをオン状態とし、前記トランジスタを介して前記ノードに正電荷を蓄積し、
前記書き込み期間に続く反転期間において、前記トランジスタのゲートに負電位である第2の電位を与え、前記トランジスタをオフ状態とし、
前記反転期間に続く保持期間において、前記トランジスタのゲートに前記第1の電位より低く且つ前記第2の電位よりも高い第3の電位を与えることで、前記トランジスタのオフ状態を維持し、前記ノードに蓄積された正電荷の保持を行う半導体装置の駆動方法。 - 請求項1において、
前記反転期間において前記トランジスタのゲートに前記第2の電位を与えることで、前記書き込み期間において前記ノードに蓄積された正電荷の一部を、前記酸化物半導体層内又は前記酸化物半導体層及びゲート絶縁膜の界面にトラップする半導体装置の駆動方法。 - 請求項1又は請求項2において、
前記ノードに保持される正電荷の多寡に応じて、多値の情報を判別する半導体装置の駆動方法。
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