JP2012089582A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2012089582A
JP2012089582A JP2010232912A JP2010232912A JP2012089582A JP 2012089582 A JP2012089582 A JP 2012089582A JP 2010232912 A JP2010232912 A JP 2010232912A JP 2010232912 A JP2010232912 A JP 2010232912A JP 2012089582 A JP2012089582 A JP 2012089582A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
source
drain region
memory device
electrode
resistance change
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.)
Withdrawn
Application number
JP2010232912A
Other languages
English (en)
Inventor
Ichiro Matsuo
一郎 松尾
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.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic 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 Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2010232912A priority Critical patent/JP2012089582A/ja
Priority to PCT/JP2011/002063 priority patent/WO2012049789A1/ja
Publication of JP2012089582A publication Critical patent/JP2012089582A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021Auxiliary circuits
    • G11C13/0069Writing or programming circuits or methods
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0007Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements comprising metal oxide memory material, e.g. perovskites
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021Auxiliary circuits
    • G11C13/003Cell access
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/10Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
    • H01L27/101Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration including resistors or capacitors only
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B63/00Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices
    • H10B63/30Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices comprising selection components having three or more electrodes, e.g. transistors
    • H10B63/34Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices comprising selection components having three or more electrodes, e.g. transistors of the vertical channel field-effect transistor type
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/20Multistable switching devices, e.g. memristors
    • H10N70/24Multistable switching devices, e.g. memristors based on migration or redistribution of ionic species, e.g. anions, vacancies
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/881Switching materials
    • H10N70/883Oxides or nitrides
    • H10N70/8833Binary metal oxides, e.g. TaOx
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021Auxiliary circuits
    • G11C13/0069Writing or programming circuits or methods
    • G11C2013/0071Write using write potential applied to access device gate
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C2213/00Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
    • G11C2213/70Resistive array aspects
    • G11C2213/79Array wherein the access device being a transistor

Abstract

【課題】動作電圧が低く且つ記録されたデータを長期間にわたって保持できる不揮発性半導体記憶装置を実現できるようにする。
【解決手段】N型のMISFETからなる選択トランジスタ20は、半導体基板1の上部に互いに間隔をおいて設けられたN型ソース・ドレイン領域4及び5と、半導体基板1の上部におけるN型ソース・ドレイン領域4及び5との間に形成されるチャネル領域と、チャネル領域の上にゲート絶縁膜2を介して形成されたゲート電極3とを有する。抵抗変化素子3は、下部電極30a及び上部電極30cと、その間に挟まれ且つ極性が異なる電気的信号に基づいて可逆的に抵抗値が変化する可変抵抗層30bとを有する。MISFETにおけるゲート電極とN型ソース・ドレイン領域5との間で規定される第2の閾値電圧は、ゲート電極とN型ソース・ドレイン領域4との間で規定される第1の閾値電圧よりも大きい。
【選択図】図1

Description

本発明は、電気的信号に基づいて可逆的に抵抗値が変化する抵抗変化素子とトランジスタとから構成されたメモリセルを有する抵抗変化型不揮発性半導体記憶装置に関する。
近年、抵抗変化素子を用いて構成されたメモリセルを有する不揮発性半導体記憶装置の研究と開発が進んでいる。抵抗変化素子とは、電気的信号によって抵抗値が可逆的に変化するという特性を有し、さらには、この抵抗値と対応したデータを不揮発的に記録することが可能な素子をいう。抵抗変化素子は、従来からあるフラッシュメモリと比較して、データの書き込み時及び消去時に印加する電圧を低くすることができ、また、データの書き込み及び消去に要する時間が短いという特徴を有している。
抵抗変化素子を用いた不揮発性半導体記憶装置として、互いに直交するように配置されたビット線とワード線及びソース線との交点の位置に、MOS(metal oxide semiconductor)トランジスタと抵抗変化素子とを直列に接続した、いわゆる1T1R型と呼ばれるメモリセルをマトリックス状に配置した不揮発性半導体記憶装置が一般に知られている。
以下、従来の不揮発性半導体記憶装置の構造及びその動作について図面を参照しながら説明する(例えば、特許文献1を参照。)。
図14は従来の不揮発性半導体記憶装置を構成するメモリセルの回路構成を模式的に表している。図14に示すように、メモリセル100は、選択トランジスタ101と抵抗変化素子105とから構成されている。選択トランジスタ101は、ゲート102と、ソース103と、抵抗変化素子105の一端と接続されたドレイン104とを有している。抵抗変化素子105の他端は、ビット線接続端子106と接続されている。
図15は従来の不揮発性半導体記憶装置のメモリアレイの構成の一例を模式的に表している。図15に示すように、メモリアレイは、複数のメモリセル100がマトリックス状に配置されて構成される。各メモリセル100のゲート102は、それぞれワード線WL00、WL01、…、WL0n−1のいずれかと接続され、ソース103はソース線と接続され、ビット線接続端子106は、それぞれBL00、BL01、…、BL0n−1のいずれかと接続される。なお、ソース線は全メモリセルで共有され、ソース103とソース線との接続は矢印で表している。
以下、図15において、ワード線WL02及びビット線BL02によって選択され、破線で囲まれたメモリセル100Aに対して、データの書き込み、消去及び読み出し動作を行う場合について説明する。
選択されたメモリセル100Aに対するデータの書き込みは、ワード線WL02に例えばVwl=3Vを印加し、ビット線BL02に例えばVbl=5Vを印加し、選択されていないワード線WL00、WL01、WL03〜WL0n−1及びビット線BL00、BL01、BL03〜BL0n−1を、Vwl=Vbl=0Vに設定する。これにより、選択されたメモリセル100Aにおける抵抗変化素子105の抵抗値が変化して、データが書き込まれる。
選択されたメモリセル100Aに対するデータの消去は、ワード線WL02に例えばVwl=3Vを印加し、ビット線BL02をVbl=0Vに設定し、ソース線に例えばVsl=5Vを印加し、選択されていないワード線WL00、WL01、WL03〜WL0n−1をVwl=0Vに設定し、選択されていないビット線BL00、BL01、BL03〜BL0n−1に、Vbl=5Vを印加する。これにより、選択されたメモリセル100Aにおける抵抗変化素子105の抵抗値が変化して、データが消去される。
このように、抵抗変化素子105に、極性が互いに逆の電圧を印加することにより、データの書き込み及び消去を行える。
特開2004−185723号公報
しかしながら、前記従来の不揮発性半導体記憶装置は、データの消去時に抵抗変化素子105に十分な電圧を印加するために選択トランジスタ101の閾値電圧を低くすると、本来、選択トランジスタ101がオフ状態になるべき動作においても抵抗変化素子105に電流が流れてしまうという問題がある。
例えば、図15において、選択された不揮発性半導体メモリセル100Aにデータを書き込む場合に、ビット線BL02に例えばVbl=5Vを印加し、選択されていないワード線WL00、WL01、WL03〜WL0n−1をVwl=0Vに設定する。しかしながら、例えば、選択されていないメモリセル100Bにおいて、選択トランジスタ101に漏れ電流が流れ、メモリセル100Bの抵抗変化素子105の抵抗値が変化するという誤書き込みが生じるおそれがある。
このように、選択されていないメモリセル100Bの抵抗変化素子105に不要な電流が流れると、本来、高抵抗状態であるべきところが、時間と共に抵抗値が低くなるという誤動作、またはこれとは逆に、本来、低抵抗状態であるべきところが、時間と共に抵抗値が高くなるという誤動作を生じるおそれがあり、記録されたデータを長期間にわたって安定して保持することができないという問題が生じる。このため、選択トランジスタ101の閾値電圧を十分に低くすることができず、従って、動作電圧も低くすることができない。
本発明は、前記の問題に鑑み、動作電圧を低く維持しつつ、記録されたデータを長期間にわたって保持できる不揮発性半導体記憶装置を実現できるようにすることを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は、不揮発性半導体記憶装置を、選択トランジスタの抵抗変化素子と接続される側のソース・ドレインとゲートで規定される閾値電圧よりも、選択トランジスタの抵抗変化素子と接続される側と反対側のソース・ドレインとゲートで規定される閾値電圧を大きく設定する構成とする。
具体的に、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、第1導電型の半導体領域を有する半導体基板に形成されたエンハンスメント型のMISFETと、半導体基板の上に形成され、MISFETと直列に接続された抵抗変化素子とから構成されるメモリセルを備え、MISFETは、半導体領域の上部に互いに間隔をおいて設けられ、第2導電型を有する第1のソース・ドレイン領域及び第2のソース・ドレイン領域と、半導体領域の上部における第1のソース・ドレイン領域と第2のソース・ドレイン領域との間に形成されるチャネル領域と、半導体領域の上におけるチャネル領域の上側にゲート絶縁膜を介在させて形成されたゲート電極とを有し、抵抗変化素子は、第1電極及び第2電極と、第1電極と第2電極との間に挟まれ、第1電極及び第2電極に印加される互いに極性が異なる電気的信号に基づいて可逆的に抵抗値が変化する可変抵抗層とを有し、第1のソース・ドレイン領域と抵抗変化素子とは接続されており、MISFETにおけるゲート電極と第2のソース・ドレイン領域との間で規定される第2の閾値電圧は、ゲート電極と第1のソース・ドレイン領域との間で規定される第1の閾値電圧よりも大きくなるように設定されている。
本発明の不揮発性半導体記憶装置によると、メモリセルの書き込み動作及び消去動作を行う際に、抵抗変化素子が接地電位側に配置された場合のMISFETの電圧降下が、第1の閾値電圧を低く設定できることにより小さくなるため、抵抗変化素子に印加できる電圧が電源電圧に近づく。すなわち、動作電圧を低く設定することができる。また、書き込み、消去及び読み出しのいずれの動作においても、MISFETのゲート電圧が接地電位になった場合には、MISFETが十分にカットオフするため、抵抗変化素子に不要な電流が流れず、記録されたデータを長期間にわたって保持することができる。
本発明の不揮発性半導体記憶装置において、MISFETにおけるチャネル領域の不純物濃度は、第2のソース・ドレイン領域の近傍が第1のソース・ドレイン領域の近傍よりも大きいことが好ましい。
この場合に、MISFETのチャネル領域における前記第2のソース・ドレイン領域側の部分は、半導体基板の上面に形成された段差部の側面に形成されていてもよい。
また、本発明の不揮発性半導体記憶装置において、MISFETのゲート絶縁膜には、第2のソース・ドレイン領域の近傍に、第2の閾値電圧を第1の閾値電圧よりも大きくする極性を持つ電荷が蓄積されていることが好ましい。
本発明の不揮発性半導体記憶装置において、抵抗変化層は金属酸化物を含み、可逆的な抵抗値の変化は、抵抗変化層の少なくとも一部の領域で発生する酸化還元反応に起因して生じることが好ましい。
この場合に、金属酸化物には、酸化タンタル、酸化チタン又は酸化コバルトを用いることができる。
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置によると、動作電圧を低く維持しつつ、記録されたデータを長期間にわたって保持することが可能となる。
図1(a)及び図1(b)は本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置を示し、図1(a)は模式的な断面図であり、図1(b)は回路図である。 図2は本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリアレイ構成を示す回路図である。 図3(a)〜図3(d)は本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の第1の動作モードにおけるセット動作を説明する図である。 図4(a)〜図4(d)は本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の第1の動作モードにおけるリセット動作を説明する図である。 図5は本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の第1の動作モードにおける読み出し動作を説明する図である。 図6(a)〜図6(d)は本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の第2の動作モードにおけるセット動作を説明する図である。 図7(a)〜図7(d)は本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の第2の動作モードにおけるリセット動作を説明する図である。 図8は本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の第2の動作モードにおける読み出し動作を説明する図である。 図9(a)〜図9(d)は本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す工程順の模式的な断面図である。 図10は本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す一工程の模式的な断面図である。 図11(a)及び図11(b)は本発明の第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置を示し、図11(a)は模式的な断面図であり、図11(b)は回路図である。 図12(a)〜図12(d)は本発明の第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す工程順の模式的な断面図である。 図13(a)及び図13(b)は本発明の第3の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置を示し、図13(a)は模式的な断面図であり、図13(b)は回路図である。 図14は従来の不揮発性半導体記憶装置を示す回路図である。 図15は従来の不揮発性半導体記憶装置のメモリアレイ構成を示す回路図である。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置について図面を参照しながら説明する。
図1(a)及び図1(b)に示すように、メモリセル50は、例えば、P型シリコンからなる半導体基板1に形成されたエンハンスメント型でN型のMISFET(metal insulator semiconductor field effect transistor)からなる選択トランジスタ20と、抵抗変化素子30とを有している。
選択トランジスタ20は、半導体基板1の主面上に形成されたゲート絶縁膜2と、該ゲート絶縁膜2の上に形成されたゲート電極3とを有している。半導体基板1の上部におけるゲート電極3のゲート長方向側には、第1のN型ソース・ドレイン領域4及び第2のN型ソース・ドレイン領域5がそれぞれ形成されている。さらに、半導体基板1の上部におけるゲート電極3の下側で且つ第2のN型ソース・ドレイン領域5の近傍には、半導体基板1よりも不純物濃度が高いP型拡散層6が形成されている。P型拡散層6とゲート電極3のゲート長方向との重なり幅は、ゲート電極3のゲート長方向の幅の5分の1から2分の1程度である。これにより、選択トランジスタ20における第2のN型ソース・ドレイン領域5側の第2の閾値電圧VTH2は例えば0.4V〜0.5Vに設定され、選択トランジスタ20における第1のN型ソース・ドレイン領域4側の第1の閾値電圧VTH1は例えば0.1V〜0.2Vに設定される。
第2のN型ソース・ドレイン領域5は、その上に形成されたコンタクト21を介してメタル配線層であるソース線端子22と接続されている。第1のN型ソース・ドレイン領域4は、その上に形成されたコンタクト21、メタル配線層23及び第1のヴィア24を介して抵抗変化素子30と接続されている。抵抗変化素子30は、その上に形成された第2のヴィア25を介してビット線端子26と接続されている。
抵抗変化素子30は、下から順次形成された下部電極30a、抵抗変化層(可変抵抗層)30b及び上部電極30cを有している。下部電極30a及び上部電極30cは、例えばPt(白金)又はAu(金)等の金属からなり、抵抗変化層30bは、例えば酸化タンタル(Ta)、酸化チタン(TiO)又は酸化コバルト(CoO)等の金属酸化物からなり、その膜厚は10nmから100nm程度である。
図2に第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリアレイ構成を示す。図2に示すように、本実施形態に係るメモリアレイは、複数のメモリセル50がn行×m列に配置されている。ここで、nは例えば512であり、mは例えば1024である。各メモリセル50において、それぞれ、ゲート電極3はワード線WL00、WL01、…、WL0n−1のいずれかに接続され、ソース線端子22はソース線SL00、SL01、…、SL0m−1のいずれかに接続され、ビット線端子26はBL00、BL01、…、BL0m−1のいずれかに接続されている。
次に、第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の動作について図3〜図5を参照しながら説明する。
(書き込み又はセット動作[その1])
図3(a)〜図3(d)は、メモリセル50に対する書き込み又はセット(set)動作、すなわち抵抗変化素子30の抵抗値を高抵抗状態(HRS:high resistance state)から低抵抗状態(LRS:low resistance state)に遷移させる際の第1の動作を模式的に表している。
図3(a)において、メモリセル50は、ワード線WL及びソース線SLが共に選択されており、ゲート電極3には例えば2.0V程度の電圧VWL_SETが印加され、ソース線端子22には例えば2.0V程度のパルス電圧VSL_SETが印加される。また、ビット線端子26は接地電位に接続されている。
図3(b)に、抵抗変化素子30におけるセット動作中の電流電圧特性を示す。選択トランジスタ20は、接地電位側に抵抗変化素子30が接続されているため、電流電圧特性における電圧の切片が、ワード線電圧VWL_SETの値から選択トランジスタ20における第1のN型ソース・ドレイン領域4側の第1の閾値電圧VTH1の値を減じた値となる。従って、ワード線電圧VWL_SETが印加された状態でソース線SLにパルス電圧VSL_SETを印加すると、矢印HRSに沿って、抵抗変化素子30に流れる電流と抵抗変化素子30の両端の電圧とが変化する。
ここで、抵抗変化素子30の抵抗値のセット前の初期値は、例えば1MΩ程度である。抵抗変化素子30の両端の電圧がある値、例えば1.0V程度に達すると、抵抗変化素子30を構成する抵抗変化層30bの内部において酸素イオンが下部電極30a側に移動する。これにより、抵抗変化層30bの上部電極30c側で還元反応が起こるため、金属酸化物が酸素の欠損状態となって、該抵抗変化層30bの抵抗値が下がる。その結果、抵抗変化素子30はHRSからLRSに遷移して、該抵抗変化素子30に流れる電流が例えば1μA程度から100μA程度にまで急激に増大する。このとき、抵抗変化素子30の抵抗値は、例えば10kΩ程度となる。このHRSからLRSへの遷移の際に、抵抗変化素子30に流れる電流は、選択トランジスタ20の電流電圧特性で制限されるため、図3(b)に示すセット動作点に到達すれば、これを越えることはない。
従って、選択トランジスタ20の第1の閾値電圧VTH1を、例えば0.1V〜0.2Vという低い値に設定することにより、該選択トランジスタ20の電流電圧特性を右斜め上方(電圧及び電流が共に増大する方向)にシフトさせることができるため、ワード線電圧VWL_SETの値を高くすることなく、セット動作点での電流値を大きくすることができる。
図3(c)は、セット動作において、ワード線WLが非選択な状態を示しており、ゲート電極3は、ビット線端子26と共に接地電位に接続されている。この状態では、抵抗変化素子30の両端に掛かる電圧はほぼ0Vであり、選択トランジスタ20を介して流れる漏れ電流も無視できる程に小さい。
図3(d)は、セット動作において、ソース線SLが非選択な状態を示しており、ソース線端子22とビット線端子26とは共に接地電位に接続されている。この状態では、ソース線端子22とビット線端子26とが同電位となるため、抵抗変化素子30に電流は流れない。
(消去又はリセット動作[その1])
図4(a)〜図4(d)は、メモリセル50に対する消去又はリセット(reset)動作、すなわち抵抗変化素子30の抵抗値を低抵抗状態(LRS)から高抵抗状態(HRS)に遷移させる際の第1の動作を模式的に表している。
図4(a)において、メモリセル50は、ワード線WL及びビット線BLが共に選択されており、ゲート電極3には例えば2.0V程度の電圧VWL_RESETが印加され、ビット線端子26には例えば2.0V程度のパルス電圧VBL_RESETが印加される。また、ソース線端子22は接地電位に接続されている。このように、リセット動作時の抵抗変化素子30には、図3(a)に示したセット動作に対して極性が反転した電圧が印加される。
図4(b)に、抵抗変化素子30におけるリセット動作中の電流電圧特性を示す。選択トランジスタ20の電流電圧特性は、その電圧の切片がビット線電圧VBL_RESETとなり、選択トランジスタ20の閾値電圧による電圧の低下はない。従って、ワード線電圧VWL_RESETが印加された状態で、ビット線にパルス電圧VBL_RESETを印加すると、矢印LRSに沿って抵抗変化素子30に流れる電流と抵抗変化素子30の両端の電圧とが変化する。
ここで、抵抗変化素子30の抵抗値のリセット前の初期値は、例えば10kΩ程度である。抵抗変化素子30の両端の電圧がある値、例えば1.0V程度に達すると、抵抗変化素子30を構成する抵抗変化層30bの内部において酸素イオンが上部電極30c側に移動する。これにより、抵抗変化層30bの上部電極30c側で酸化反応が起こるため、抵抗変化素子30はLRSからHRSに遷移して、該抵抗変化素子30に流れる電流が例えば100μA程度から1μA程度まで急激に減少する。このとき、抵抗変化素子30の抵抗値は、例えば1MΩ程度になる。このLRSからHRSへの遷移の際に、抵抗変化素子30に流れる電流は、選択トランジスタ20の電流電圧特性で制限されるため、図4(b)のリセット動作点に到達して停止する。
図4(c)は、リセット動作において、ワード線WLが非選択な状態を示しており、ゲート電極3は、ソース線端子22と共に接地電位に接続されている。この状態では、選択トランジスタ20の閾値電圧VTH2を例えば0.4V〜0.5Vと十分に高く設定することにより、抵抗変化素子30に流れる漏れ電流を無視できるほど小さくできる。
図4(d)は、リセット動作において、ビット線BLが非選択な状態を示しており、ソース線端子22とビット線端子26とは共に接地電位に接続されている。この状態では、ソース線端子22とビット線端子26とが同電位となるため、抵抗変化素子30に電流は流れない。
(読み出し動作[その1])
図5は、メモリセル50の読み出し動作を模式的に表している。
図5において、メモリセル50は、ワード線WL及びビット線BLが共に選択されており、ゲート電極3には例えば1.5V程度の電圧VWL_READが印加され、ビット線端子26には例えば0.5V程度の電圧VBL_READが印加される。また、ソース線端子22は接地電位に接続されている。この状態では、ビット線端子26に流れる電流の大小によって、抵抗変化素子30の状態が高抵抗状態(HRS)か低抵抗状態(LRS)かを判別することができ、保持されたデータを読み出すことができる。
なお、ワード線WL及びビット線BLのいずれかが接地電位にある場合は、そのメモリセル50は非選択状態にあり、該メモリセル50に電流が流れることはない。
次に、第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置における第2の動作モードについて図6〜図8を参照しながら説明する。
(書き込み又はセット動作[その2])
図6(a)〜図6(d)は、メモリセル50の書き込み又はセット(set)動作、すなわち抵抗変化素子30の抵抗値を高抵抗状態(HRS)から低抵抗状態(LRS)に遷移させる際の第2の動作を模式的に表している。
図3及び図4を用いて説明した第1の動作は、セット動作時にソース線SLを高電位とし、且つビット線BLを低電位としている。また、リセット動作時にはビット線BLを高電位とし、且つソース線SLを低電位としている。
これに対し、第2の動作は、セット動作時にビット線BLを高電位とし、且つソース線SLを低電位とし、リセット動作時にソース線SLを高電位とし、且つビット線BLを低電位とする。
図6(a)において、メモリセル50は、ワード線WL及びビット線BLが共に選択されており、ゲート電極3には例えば2.0V程度の電圧VWL_SETが印加され、ビット線端子26には例えば2.0V程度のパルス電圧VBL_SETが印加される。また、ソース線端子22は接地電位に接続されている。
図6(b)に、抵抗変化素子30におけるセット動作中の電流電圧特性を示す。選択トランジスタ20の電流電圧特性は、その電圧の切片がビット線電圧VBL_SETとなり、選択トランジスタ20の閾値電圧による電圧の低下はない。従って、ワード線電圧VWL_SETが印加された状態で、ビット線にパルス電圧VBL_SETを印加すると、矢印HRSに沿って抵抗変化素子30に流れる電流と抵抗変化素子30の両端の電圧とが変化する。
ここで、抵抗変化素子30の抵抗値のセット前の初期値は、例えば1MΩ程度である。抵抗変化素子30の両端の電圧がある値、例えば1.0V程度に達すると、抵抗変化素子30を構成する抵抗変化層30bの内部で酸素イオンが上部電極30c側に移動する。これにより、抵抗変化層30bの下部電極30a側で還元反応が起こるため、抵抗変化素子30はHRSからLRSに遷移して、該抵抗変化素子30に流れる電流が例えば1μA程度から100μA程度まで急激に増大する。このとき、抵抗変化素子30の抵抗値は例えば10kΩ程度になる。このHRSからLRSへの遷移の際に、抵抗変化素子30に流れる電流は、選択トランジスタ20の電流電圧特性で制限されるため、図6(b)に示すセット動作点に到達して停止する。
図6(c)は、セット動作において、ワード線WLが非選択な状態を示しており、ゲート電極3は、ソース線端子22と共に接地電位に接続されている。この状態では、選択トランジスタ20の閾値電圧VTH2を例えば0.4V〜0.5Vと十分に高く設定することにより、抵抗変化素子30に流れる漏れ電流を無視できるほど小さくすることができる。
図6(d)は、セット動作において、ビット線が非選択な状態を示しており、ソース線端子22とビット線端子26とは共に接地電位に接続されている。この状態では、ソース線端子22とビット線端子26とが同電位となるため、抵抗変化素子30には電流は流れない。
(消去又はリセット動作[その2])
図7(a)〜図7(d)は、メモリセル50に対する消去又はリセット(reset)動作、すなわち抵抗変化素子30の抵抗値を低抵抗状態(LRS)から高抵抗状態(HRS)に遷移させる際の第2の動作を模式的に表している。
図7(a)において、メモリセル50は、ワード線WL及びソース線SLが共に選択されており、ゲート電極3には例えば2.0V程度の電圧VWL_RESETが印加され、ソース線端子22には例えば2.0V程度のパルス電圧VSL_RESETが印加される。また、ビット線端子26は接地電位に接続されている。このように、リセット動作時の抵抗変化素子30には、図6(a)に示したセット動作に対して極性が反転した電圧が印加される。
図7(b)に、抵抗変化素子30におけるリセット動作中の電流電圧特性を示す。選択トランジスタ20は、接地電位側に抵抗変化素子30が接続されているため、電流電圧特性における電圧の切片が、ワード線電圧VWL_RESETの値から選択トランジスタ20における第1のN型ソース・ドレイン領域4側の第1の閾値電圧VTH1の値を減じた値となる。従って、ワード線電圧VWL_RESETが印加された状態でソース線SLにパルス電圧VSL_RESETを印加すると、矢印LRSに沿って、抵抗変化素子30に流れる電流と抵抗変化素子30の両端との電圧が変化する。
ここで、抵抗変化素子30の抵抗値のリセット前の初期値は、例えば10kΩ程度である。抵抗変化素子30の両端の電圧がある値、例えば1.0V程度に達すると、抵抗変化素子30を構成する抵抗変化層30bの内部において酸素イオンが下部電極30a側に移動する。これにより、抵抗変化層30bの下部電極30a側で酸化反応が起こるため、抵抗変化素子30はLRSからHRSに遷移して、該抵抗変化素子30に流れる電流が例えば100μA程度から1μA程度まで急激に減少する。このとき、抵抗変化素子30の抵抗値は、例えば1MΩ程度となる。このLRSからHRSへの遷移の際に、抵抗変化素子30に流れる電流は、選択トランジスタ20の電流電圧特性で制限されるため、図7(b)に示すリセット動作点に到達すれば、これを越えることはない。
従って、選択トランジスタ20の第1の閾値電圧VTH1を、例えば0.1V〜0.2Vという低い値に設定することにより、該選択トランジスタ20の電流電圧特性を右斜め上方(電圧及び電流が共に増大する方向)にシフトさせることができるため、ワード線電圧VWL_RESETの値を高くすることなく、リセット動作点での電流値を大きくすることができる。
図7(c)は、リセット動作において、ワード線WLが非選択な状態を示しており、ゲート電極3は、ビット線端子26と共に接地電位に接続されている。この状態では、抵抗変化素子30の両端に掛かる電圧はほぼ0Vであり、選択トランジスタ20を介して流れる漏れ電流も無視できる程に小さい。
図7(d)は、リセット動作において、ソース線SLが非選択な状態を示しており、ソース線端子22とビット線端子26とは共に接地電位に接続されている。この状態では、ソース線端子22とビット線端子26とが同電位となるため、抵抗変化素子30に電流は流れない。
(読み出し動作[その2])
図8は、メモリセル50の読み出し動作を模式的に表している。
図8において、メモリセル50は、ワード線WL及びビット線BLが共に選択されており、ゲート電極3には例えば1.5V程度の電圧VWL_READが印加され、ビット線端子26には例えば0.5V程度の電圧VBL_READが印加される。また、ソース線端子22は接地電位に接続されている。この状態では、ビット線端子26に流れる電流の大小によって抵抗変化素子30の状態が高抵抗状態(HRS)か低抵抗状態(LRS)かを判別することができ、保持されたデータを読み出すことができる。
なお、ワード線WL又はビット線BLのいずれかが接地電位にある場合は、そのメモリセル50は非選択状態にあり、該メモリセル50に電流が流れることはない。
以上説明したように、第1の実施形態によると、動作電圧を低く維持しつつ、記録されたデータを長期間にわたって保持できる不揮発性半導体記憶装置を実現することができる。
(製造方法)
以下、第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法について図9及び図10を参照しながらその要部を説明する。
まず、図9(a)に示すように、P型シリコンからなる半導体基板1の主面上に、例えば酸化シリコン(SiO)からなるゲート絶縁膜用形成膜と、該ゲート絶縁膜用形成膜の上に、例えばポリシリコンからなるゲート電極用形成膜を順次形成する。その後、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、ゲート電極用形成膜及びゲート絶縁膜用形成膜を順次パターニングして、ゲート電極3及びその下のゲート絶縁膜2を形成する。なお、ゲート絶縁膜2は、必ずしもパターニングする必要はなく、半導体基板1の主面上に残しておいてもよい。また、ゲート絶縁膜2及びゲート電極3の構成材料は、上記の酸化シリコン及びポリシリコンに限られず、公知の材料を用いることができる。
次に、図9(b)に示すように、半導体基板1の上部におけるゲート電極3のゲート長方向の一方の領域にのみ、少なくともゲート電極3をマスクとしてP型不純物を斜めイオン注入する。これにより、半導体基板1におけるゲート電極3のゲート長方向の一方の領域に該半導体基板1よりも不純物濃度が高いP型拡散層6を選択的に形成する。ここで、P型拡散層6は、ゲート電極3のゲート長方向の幅の5分の1から2分の1程度の領域にわたって基板の主面と平行な方向(横方向)に拡散させる。これにより、P型拡散層6はゲート電極3の下側にまで延伸し、ゲート電極3と重なる領域を持つ。なお、半導体基板1の表面不純物濃度が、例えば3×1017cm−2である場合に、P型拡散層6の表面不純物濃度は、例えば1×1018cm−2程度とすればよい。
次に、図9(c)に示すように、半導体基板1の上部に少なくともゲート電極3をマスクとして、N型不純物をイオン注入する。これにより、半導体基板1におけるゲート電極3のゲート長方向の両側方の領域に、第1のN型ソース・ドレイン領域4及び第2のN型ソース・ドレイン領域5をそれぞれ選択的に形成する。なお、ここでは、P型拡散層6と反対側の領域に形成されたソース・ドレイン領域を第1のN型ソース・ドレイン領域4とし、P型拡散層6と重なる領域に形成されたソース・ドレイン領域を第2のN型ソース・ドレイン領域5とする。
次に、図9(d)に示すように、半導体基板1の上にゲート絶縁膜2及びゲート電極3を覆うように層間絶縁膜(図示せず)を形成し、その後、化学機械研磨(CMP)法等により、層間絶縁膜の上面を平坦化する。続いて、平坦化された層間絶縁膜に、第1のN型ソース・ドレイン領域4及び第2のN型ソース・ドレイン領域5とそれぞれ電気的に接続されるコンタクトプラグ21を形成する。その後、層間絶縁膜の上に、第2のN型ソース・ドレイン領域5と接続されるコンタクトプラグ21の上にメタル配線であるソース線端子22を形成し、第1のN型ソース・ドレイン領域4と接続されるコンタクトプラグ21の上にメタル配線層23を形成する。これにより、ゲート絶縁膜2、ゲート電極3、第1のN型ソース・ドレイン領域4、第2のN型ソース・ドレイン領域5及びP型拡散層6からなる選択トランジスタ20が形成される。
このように、第1の実施形態においては、半導体基板1のゲート電極3の下側に形成されるチャネル領域で、且つ、第2のN型ソース・ドレイン領域5側にのみP型拡散層6が形成されるため、選択トランジスタ20の閾値電圧は、第2のN型ソース・ドレイン領域5側が第1のN型ソース・ドレイン領域4側よりも高くなる。
次に、図10に示すように、メタル配線層23の上に、さらに図示しない複数の層間絶縁膜と、第1のヴィア24、抵抗変化素子30、第2のヴィア25及びビット線端子26とを順次形成してメモリセル50が形成される。なお、上述したように、抵抗変化素子30は、下部電極30a、抵抗変化層30b及び上部電極30cから構成される。
なお、第1の実施形態において、選択トランジスタ20はN型のMISFETとしたが、P型のMISFETを用いてもよい。
また、第1の実施形態に係るメモリアレイ構成は、ビット線BLとソース線SLとが平行に配置され、且つワード線WLがそれらと直交するように配置されているが、これに限られない。例えば、ビット線BLとソース線とが直交し、ワード線WLとソース線SLとが平行となるような構成としてもよい。
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置について図面を参照しながら説明する。
図11(a)及び図11(b)に示すように、メモリセル50は、例えば、P型シリコンからなる半導体基板1に形成されたエンハンスメント型でN型のMISFETからなる選択トランジスタ20と、抵抗変化素子30とを有している。ここで、図11において、図1に示す構成部材と同一の構成部材には、同一の符号を付している。
第2の実施形態においては、選択トランジスタ20のチャネル領域におけるソース線端子22と接続される第2のN型ソース・ドレイン領域5側に、半導体基板1よりも不純物濃度が高い縦型チャネル領域7が形成されていることを特徴とする。
具体的には、P型シリコンからなる半導体基板1の主面に段差部が形成されており、該段差部の下段とそれと接続する壁面からなる隅部には、ゲート絶縁膜2を介在させたゲート電極3が形成されている。半導体基板1における段差部の上段には、第2のN型ソース・ドレイン領域5が形成され、該段差部の下段には、第1のN型ソース・ドレイン領域4が形成されている。さらに、段差部の上段には、第2のN型ソース・ドレイン領域5の周囲、具体的には第2のN型ソース・ドレイン領域5の側面及び下面の近傍を覆うように、半導体基板1よりも不純物濃度が高いP型拡散層8が形成されている。
従って、半導体基板1における段差部の壁面近傍で且つゲート絶縁膜2と接する領域には縦型チャネル領域7が形成され、該縦型チャネル領域7におけるP型拡散層8に含まれる領域は、半導体基板1よりもP型の不純物濃度が高くなる。従って、選択トランジスタ20における第2のN型ソース・ドレイン領域5側の第2の閾値電圧VTH2は例えば0.4V〜0.5Vとなり、第1のN型ソース・ドレイン領域4側の第1の閾値電圧VTH1は例えば0.1V〜0.2Vとなる。
また、第1の実施形態と同様に、第1のN型ソース・ドレイン領域4と、コンタクトプラグ21、メタル配線層23及び第1のヴィア24を介して抵抗変化素子30が形成されている。
抵抗変化素子30は、下部電極30a、抵抗変化層30b及び上部電極30cから構成される。すなわち、下部電極30a及び上部電極30cは、例えばPt(白金)又はAu(金)等の金属からなり、抵抗変化層30bは、例えば酸化タンタル(Ta)、酸化チタン(TiO)又は酸化コバルト(CoO)等の金属酸化物からなり、その膜厚は10nmから100nm程度である。
なお、第2の実施形態においても、メモリアレイ構成として図2に示す構成を用いることができる。また、メモリセル50の動作は、第1の実施形態と同様である。
このように、第2の実施形態によると、動作電圧を低く維持しつつ、記録されたデータを長期間にわたって保持できる不揮発性半導体記憶装置を実現することができる。
(製造方法)
以下、第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法について図12を参照しながらその要部を説明する。
以下、次に、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置の製造方法について、図12(a)〜図12(d)を用いてその概略を説明する。
まず、図12(a)に示すように、イオン注入法により、P型シリコンからなる半導体基板1の上部にP型拡散層8を形成する。P型拡散層8の表面不純物濃度は、例えば1×1018cm−2程度であり、その深さは0.1μm程度である。ここで、P型拡散層8の不純物濃度は、P型拡散層8の表面側で高く、深さ方向に漸次低くなっている。
次に、図12(b)に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法により、半導体基板1の一部をエッチングして段差部を形成し、該段差部の壁面部分に縦型チャネル領域7を形成する。縦型チャネル領域7を形成する際の半導体基板1に対するエッチング深さは、P型拡散層8の深さと同程度であってもよく、また、P型拡散層8よりも深くてもよい。
次に、図12(c)に示すように、段差部の下段及び壁面と対向するように、ゲート絶縁膜2を介在させたゲート電極3を形成する。その後、半導体基板1の上部に、少なくともゲート電極3をマスクとして、N型不純物をイオン注入する。これにより、半導体基板1におけるゲート電極3のゲート長方向の両側方の領域であって、段差部の下段に第1のN型ソース・ドレイン領域4を形成し、段差部の上段に第2のN型ソース・ドレイン領域5をそれぞれ選択的に形成する。
次に、図12(d)に示すように、この後は、第1の実施形態と同様の工程を経て、縦型チャネル領域7が他のチャネル領域よりも不純物濃度が高いメモリセル50を得る。
このように、第2の実施形態においては、半導体基板1の段差部に形成された縦型チャネル領域7が、段差部の上段の第2のN型ソース・ドレイン領域5側に形成されたP型拡散層8を含むため、選択トランジスタ20における第2のN型ソース・ドレイン領域5側の第2の閾値VTH2を、第1のN型ソース・ドレイン領域4側の第1の閾値電圧VTH1よりも高く設定することができる。
なお、第2の実施形態において、選択トランジスタ20をN型のMISFETとしたが、P型のMISFETを用いてもよい。
また、第2の実施形態に係るメモリアレイ構成は、ビット線BLとソース線SLとが平行に配置され、且つワード線WLがそれらと直交するように配置されているが、これに限られない。例えば、ビット線BLとソース線とが直交し、ワード線WLとソース線SLとが平行となるような構成としてもよい。
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置について図面を参照しながら説明する。
図13(a)及び図13(b)に示すように、メモリセル50は、例えば、P型シリコンからなる半導体基板1に形成されたエンハンスメント型でN型のMISFETからなる選択トランジスタ20と、抵抗変化素子30とを有している。ここで、図13において、図1に示す構成部材と同一の構成部材には、同一の符号を付している。
第3の実施形態においては、選択トランジスタ20のゲート絶縁膜2におけるソース線端子22と接続される第2のN型ソース・ドレイン領域5側に、負電荷9が捕獲されていることを特徴とする。
これにより、選択トランジスタ20における第2のN型ソース・ドレイン領域5側の第2の閾値電圧VTH2は例えば0.4V〜0.5Vに設定され、第1のN型ソース・ドレイン領域4側の第1の閾値電圧VTH1は例えば0.1V〜0.2Vに設定されている。
ゲート絶縁膜2に選択的に負電荷9を捕獲させるには、例えば、メモリセル50の完成後に、選択トランジスタ20における第1のN型ソース・ドレイン領域5と半導体基板1との間に所定の電圧を印加するか、又は選択トランジスタ20のチャネル領域に電流を流し、ホットキャリアを発生させればよい。
この構成により、第3の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、動作電圧を低く維持しつつ、記録されたデータを長期間にわたって保持することができる。
なお、抵抗変化素子30は、第1の実施形態と同様に、下部電極30a、抵抗変化層30b及び上部電極30cから構成される。すなわち、下部電極30a及び上部電極30cは、例えばPt(白金)又はAu(金)等の金属からなり、抵抗変化層30bは、例えば酸化タンタル(Ta)、酸化チタン(TiO)又は酸化コバルト(CoO)等の金属酸化物からなり、その膜厚は10nmから100nm程度である。
また、第3の実施形態においても、メモリアレイ構成として図2に示す構成を用いることができる。また、メモリセル50の動作も、第1の実施形態と同様である。
また、第3の実施形態において、選択トランジスタ20をN型のMISFETとしたが、P型のMISFETを用いてもよい。P型のMISFETを用いる場合には、負電荷9に代えて、ゲート絶縁膜2の第2のN型ソース・ドレイン領域5側に正電荷を捕獲させればよい。
また、第3の実施形態に係るメモリアレイ構成は、ビット線BLとソース線SLとが平行に配置され、且つワード線WLがそれらと直交するように配置されているが、これに限られない。例えば、ビット線BLとソース線とが直交し、ワード線WLとソース線SLとが平行となるような構成としてもよい。
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、動作電圧を低く維持しつつ、記録されたデータを長期間にわたって保持することが可能となり、特に、携帯型電話機等の種々の電子機器に用いられる記憶装置として、またマイクロコントローラ等の半導体集積回路に搭載される不揮発性記憶装置等として有用である。
1 半導体基板(半導体領域)
2 ゲート絶縁膜
3 ゲート電極
4 第1のN型ソース・ドレイン領域
5 第2のN型ソース・ドレイン領域
6 P型拡散層
7 縦型チャネル領域
8 P型拡散層
9 負電荷
20 選択トランジスタ
21 コンタクトプラグ
22 ソース線端子
23 メタル配線層
24 第1のヴィア
25 第2のヴィア
26 ビット線端子
30 抵抗変化素子
30a 下部電極(第1電極)
30b 抵抗変化膜(可変抵抗層)
30c 上部電極(第2電極)
50 メモリセル
WL00,WL01 ワード線
BL00,BL01 ビット線

Claims (6)

  1. 第1導電型の半導体領域を有する半導体基板に形成されたエンハンスメント型のMISFETと、前記半導体基板の上に形成され、前記MISFETと直列に接続された抵抗変化素子とから構成されるメモリセルを備え、
    前記MISFETは、
    前記半導体領域の上部に互いに間隔をおいて設けられ、第2導電型を有する第1のソース・ドレイン領域及び第2のソース・ドレイン領域と、
    前記半導体領域の上部における前記第1のソース・ドレイン領域と前記第2のソース・ドレイン領域との間に形成されるチャネル領域と、
    前記半導体領域の上における前記チャネル領域の上側にゲート絶縁膜を介在させて形成されたゲート電極とを有し、
    前記抵抗変化素子は、
    第1電極及び第2電極と、
    前記第1電極と前記第2電極との間に挟まれ、前記第1電極及び第2電極に印加される互いに極性が異なる電気的信号に基づいて可逆的に抵抗値が変化する可変抵抗層とを有し、
    前記第1のソース・ドレイン領域と前記抵抗変化素子とは接続されており、
    前記MISFETにおける前記ゲート電極と前記第2のソース・ドレイン領域との間で規定される第2の閾値電圧は、前記ゲート電極と前記第1のソース・ドレイン領域との間で規定される第1の閾値電圧よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. 前記MISFETにおける前記チャネル領域の不純物濃度は、前記第2のソース・ドレイン領域の近傍が前記第1のソース・ドレイン領域の近傍よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  3. 前記MISFETの前記チャネル領域における前記第2のソース・ドレイン領域側の部分は、前記半導体基板の上面に形成された段差部の側面に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  4. 前記MISFETのゲート絶縁膜には、前記第2のソース・ドレイン領域の近傍に、前記第2の閾値電圧を前記第1の閾値電圧よりも大きくする極性を持つ電荷が蓄積されていることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  5. 前記抵抗変化層は金属酸化物を含み、
    前記可逆的な抵抗値の変化は、前記抵抗変化層の少なくとも一部の領域で発生する酸化還元反応に起因して生じることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  6. 前記金属酸化物は、酸化タンタル、酸化チタン又は酸化コバルトであることを特徴とする請求項5に記載の不揮発性半導体記憶装置。
JP2010232912A 2010-10-15 2010-10-15 不揮発性半導体記憶装置 Withdrawn JP2012089582A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010232912A JP2012089582A (ja) 2010-10-15 2010-10-15 不揮発性半導体記憶装置
PCT/JP2011/002063 WO2012049789A1 (ja) 2010-10-15 2011-04-07 不揮発性半導体記憶装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010232912A JP2012089582A (ja) 2010-10-15 2010-10-15 不揮発性半導体記憶装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012089582A true JP2012089582A (ja) 2012-05-10

Family

ID=45938032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010232912A Withdrawn JP2012089582A (ja) 2010-10-15 2010-10-15 不揮発性半導体記憶装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2012089582A (ja)
WO (1) WO2012049789A1 (ja)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08213484A (ja) * 1994-11-24 1996-08-20 Nippondenso Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
KR100540478B1 (ko) * 2004-03-22 2006-01-11 주식회사 하이닉스반도체 전하 트랩을 갖는 게이트유전체를 포함한 휘발성 메모리셀 트랜지스터 및 그 제조 방법
KR100695498B1 (ko) * 2005-12-28 2007-03-16 주식회사 하이닉스반도체 수직형 채널을 갖는 반도체소자 및 그의 제조 방법
JP2008263006A (ja) * 2007-04-11 2008-10-30 Elpida Memory Inc 半導体装置及びその製造方法
JP5097028B2 (ja) * 2008-06-25 2012-12-12 シャープ株式会社 不揮発性半導体記憶装置及びその駆動方法
JP5701477B2 (ja) * 2008-09-18 2015-04-15 マイクロンメモリジャパン株式会社 電界効果トランジスタ、メモリセル、および電界効果トランジスタの製造方法
JP2010278275A (ja) * 2009-05-29 2010-12-09 Sony Corp 半導体記憶装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012049789A1 (ja) 2012-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9397291B1 (en) RRAM with dual mode operation
JP4684297B2 (ja) 不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法
US9698201B2 (en) High density selector-based non volatile memory cell and fabrication
US8659933B2 (en) Hereto resistive switching material layer in RRAM device and method
JP4460552B2 (ja) 半導体記憶装置
JP4195715B2 (ja) 半導体記憶装置
US8179714B2 (en) Nonvolatile storage device and method for writing into memory cell of the same
US8125817B2 (en) Nonvolatile storage device and method for writing into the same
JP5830655B2 (ja) 不揮発性記憶素子の駆動方法
JP4529654B2 (ja) 記憶素子及び記憶装置
TWI250527B (en) Method and apparatus for operating a string of charge trapping memory cell
US9627441B2 (en) Resistive switching memory
US20110266605A1 (en) Memristive Transistor Memory
JP2008146740A (ja) 半導体記憶装置
TW200426827A (en) Memory cell, memory device and manufacturing method of memory cell
JPWO2004114315A1 (ja) 不揮発性メモリを駆動する方法
JPWO2007023569A1 (ja) 不揮発性半導体記憶装置及びその書き込み方法
US7839671B2 (en) Resistive memory cell array with common plate
JP5390730B2 (ja) 不揮発性記憶素子のデータ書き込み方法及び不揮発性記憶装置
JP2012128892A (ja) 記憶装置
US20140085964A1 (en) Semiconductor storage device
JP2006120701A (ja) 可変抵抗素子とその駆動方法、および半導体装置
JPWO2009119533A1 (ja) 半導体記憶装置、メモリセルアレイ、半導体記憶装置の製造方法および駆動方法
WO2012049789A1 (ja) 不揮発性半導体記憶装置
US20070052001A1 (en) Nonvolatile semiconductor memory device and method of fabricating the same

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140107