JP2887506B2 - Thin film transistor memory - Google Patents

Thin film transistor memory

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JP2887506B2
JP2887506B2 JP2184018A JP18401890A JP2887506B2 JP 2887506 B2 JP2887506 B2 JP 2887506B2 JP 2184018 A JP2184018 A JP 2184018A JP 18401890 A JP18401890 A JP 18401890A JP 2887506 B2 JP2887506 B2 JP 2887506B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄膜トランジスタメモリに関するものであ
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thin film transistor memory.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

最近、電気的に書込み,消去,読出しが可能なE2PROM
等のメモリとして、メモリトランジスタとこのメモリト
ランジスタを選択するための選択トランジスタとを薄膜
トランジスタとした薄膜トランジスタメモリが考えられ
ている。
Recently, E 2 PROM that can be electrically written, erased, and read
For example, a thin film transistor memory in which a memory transistor and a selection transistor for selecting the memory transistor are used as a thin film transistor is considered.

この薄膜トランジスタメモリとしては、従来、ガラス
等からなる絶縁性基板の上に、メモリ用の薄膜トランジ
スタ(以下メモリトランジスタという)と選択用の薄膜
トランジスタ(以下選択トランジスタという)とを隣接
させて形成し、このメモリトランジスタと選択トランジ
スタとを、その一方のソース電極と他方のドレイン電極
とを接続する接続配線を介して直列に接続してトランジ
スタメモリを構成したものが知られている。なお、メモ
リトランジスタと選択トランジスタとは、例えば、半導
体層と、ソース,ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲ
ート電極とを積層したコプラナー型の薄膜トランジスタ
とされており、メモリトランジスタのゲート絶縁膜は電
荷蓄積機能をもつメモリ性絶縁膜で形成され、選択トラ
ンジスタのゲート絶縁膜は電荷蓄積機能のない絶縁膜で
形成されている。
Conventionally, as this thin film transistor memory, a thin film transistor for memory (hereinafter, referred to as a memory transistor) and a thin film transistor for selection (hereinafter, referred to as a selection transistor) are formed adjacently on an insulating substrate made of glass or the like. It is known that a transistor and a selection transistor are connected in series via a connection line connecting one source electrode and the other drain electrode to form a transistor memory. Note that the memory transistor and the selection transistor are, for example, coplanar thin film transistors in which a semiconductor layer, source and drain electrodes, a gate insulating film, and a gate electrode are stacked. It is formed of a memory insulating film having a storage function, and the gate insulating film of the select transistor is formed of an insulating film having no charge storage function.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、前記従来の薄膜トランジスタメモリ
は、基板上にメモリトランジスタと選択トランジスタと
を隣接させて形成して、このメモリトランジスタと選択
トランジスタとを接続配線により直列に接続したもので
あるため、メモリトランジスタと選択トランジスタとで
構成されるトランジスタメモリの面積が大きく、したが
ってこのトランジスタメモリを縦横に配列して構成され
るメモリマトリックスの集積度を上げることが難しいと
いう問題をもっていた。
However, in the conventional thin film transistor memory, a memory transistor and a select transistor are formed adjacent to each other on a substrate, and the memory transistor and the select transistor are connected in series by a connection wiring. There is a problem that the area of a transistor memory including transistors is large, and it is difficult to increase the degree of integration of a memory matrix formed by arranging the transistor memories vertically and horizontally.

本発明はこのような実情にかんがみてなされたもので
あって、その目的とするところは、メモリトランジスタ
と選択トランジスタとで構成されるトランジスタメモリ
の面積を小さくして集積度を上げることができる薄膜ト
ランジスタメモリを提供することにある。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to reduce the area of a transistor memory including a memory transistor and a selection transistor, thereby increasing the degree of integration. To provide memory.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の薄膜トランジスタメモリは、 半導体層のほぼ中央部に形成されたメモリ用ゲート絶
縁膜と、該メモリ用ゲート絶縁膜上に形成されたメモリ
用ゲート電極と、前記メモリ用ゲート電極の対向部から
離間した両側の領域に形成されたソース、ドレイン電極
と、前記メモリ用ゲート電極、および前記メモリ用ゲー
ト電極と前記ソース、ドレイン電極間の前記半導体層を
覆って形成されたゲート絶縁膜と、前記メモリ用ゲート
電極、およびメモリ用ゲート電極と前記ソース、ドレイ
ン電極間に対応して前記ゲート絶縁膜上に形成された選
択トランジスタ用ゲート電極とを備えたものである。
The thin film transistor memory according to the present invention includes a memory gate insulating film formed substantially at the center of a semiconductor layer, a memory gate electrode formed on the memory gate insulating film, and a portion facing the memory gate electrode. Source and drain electrodes formed in regions on both sides separated from each other, the memory gate electrode, and a gate insulating film formed to cover the semiconductor layer between the memory gate electrode and the source and drain electrodes; A gate electrode for a memory; and a gate electrode for a select transistor formed on the gate insulating film corresponding to between the memory gate electrode and the source and drain electrodes.

このように、ゲート絶縁膜上に、メモリ用ゲート電
極、およびメモリ用ゲート電極とソース、ドレイン電極
間に対応する選択トランジスタ用ゲート電極を形成する
と、メモリ用ゲート電極と選択トランジスタ用ゲート電
極を同一平面に並べて形成する場合の両ゲート電極を離
間する部分が不必要となり、その分、面積を小さくする
ことができる。
As described above, when the memory gate electrode and the select transistor gate electrode corresponding to the area between the memory gate electrode and the source and drain electrodes are formed on the gate insulating film, the memory gate electrode and the select transistor gate electrode are the same. In the case where the gate electrodes are formed side by side, a portion for separating both gate electrodes becomes unnecessary, and the area can be reduced accordingly.

なお、このような構造において、メモリ用ゲート電極
は選択トランジスタ用ゲート電極から半導体層に印加さ
れる電界を遮蔽するので、誤動作の問題は生じない。
In such a structure, since the memory gate electrode shields the electric field applied to the semiconductor layer from the selection transistor gate electrode, no problem of malfunction occurs.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図〜第3図は本発明の第1の実施例を示したもの
で、第1図は薄膜トランジスタメモリの断面図である。
1 to 3 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a sectional view of a thin film transistor memory.

この薄膜トランジスタメモリの構造を説明すると、図
中1はガラス等からなる絶縁性基板であり、この基板1
上には、i型アモルファス・シリコン(i−a−Si)か
らなる半導体層2が所定の形状に形成されている。な
お、この半導体層2の層厚は1000Åである。そして、こ
の半導体層2の両側部の上には、n型アモルファス・シ
リコン(n+−a−Si)からなるオーミックコンタクト層
3を介して、ソース,ドレイン電極S,Dが形成されてい
る。なお、このソース,ドレイン電極S,Dのライン部
(図示せず)は前記基板1上に形成されており、前記オ
ーミックコンタクト層3は、このライン部の下にもその
全長にわたって形成されている。また、前記半導体層2
の中央部の上には、メモリトランジスタ用ゲート絶縁膜
4が設けられている。このメモリトランジスタ用ゲート
絶縁膜4は、電荷蓄積機能をもつメモリ性絶縁膜4が設
けられており、このメモリ性絶縁膜4は、半導体層2の
上に形成された膜厚100Åのメモリ膜4aと、その上に積
層さた膜厚900Åの耐圧膜4bとからなる二層膜とされて
おり、このメモリ膜4aと耐圧膜4bとは同一形状に形成さ
れている。このメモリ膜4aと耐圧膜4bは、いずれも窒化
シリコン(SiN)膜とされており、耐圧膜4bは、シリコ
ン原子Siと窒素原子Nとの組成比(Si/N)を化学量論比
と同程度にした電荷蓄積機能のない窒化シリコンで形成
され、メモリ膜4は、シリコン原子量を化学量論比より
多くして電荷蓄積機能をもたせた窒化シリコンで形成さ
れている。なお、このメモリ膜4aと耐圧膜4bとからなる
下部ゲート電極4は、図上左右方向の幅がソース,ドレ
イン電極S,D間の間隔のほぼ1/3で、図上紙面表裏方向の
幅が半導体層2の幅とほぼ等しい面積に形成されてい
る。また、メモリトランジスタ用ゲート絶縁膜4の上に
は、これと同一形状の下部ゲート電極G1が形成されてお
り、そのライン部(図示せず)は、基板1上に配線され
ている。なお、前記メモリトランジスタ用ゲート絶縁膜
4は、下部ゲート電極G1のライン部の下にもその全長に
わたって形成されている。5は前記下部ゲート電極G1
そのライン部および半導体層2を覆って基板1上に形成
された選択トランジスタ用ゲート絶縁膜であり、この選
択トランジスタ用ゲート絶縁膜5は、電荷蓄積機能のな
い窒化シリコンで形成されている。この選択トランジス
タ用ゲート絶縁膜5の膜厚は2000Åである。そして、こ
の選択トランジスタ用ゲート絶縁膜5の上には、前記半
導体層2の少なくともソース,ドレイン電極S,D間の領
域全体に対向させて上部ゲート電極G2とそのライン部
(図示せず)が形成されている。なお、この実施例で
は、上部ゲート電極G2を、前記半導体層2より若干小さ
く、かつ両側縁がソース電極Sおよびドレイン電極Dの
中央部に対向する面積に形成している。また、この上部
ゲート電極G2のライン部は、前記下部ゲート電極G1とは
上下に重ならない位置に形成されている。
The structure of this thin film transistor memory will be described. In the figure, reference numeral 1 denotes an insulating substrate made of glass or the like.
On top, a semiconductor layer 2 made of i-type amorphous silicon (ia-Si) is formed in a predetermined shape. The thickness of the semiconductor layer 2 is 1000 °. Source and drain electrodes S and D are formed on both sides of the semiconductor layer 2 via an ohmic contact layer 3 made of n-type amorphous silicon (n + -a-Si). The line portions (not shown) of the source and drain electrodes S and D are formed on the substrate 1, and the ohmic contact layer 3 is formed under the line portions over the entire length. . The semiconductor layer 2
A gate insulating film 4 for a memory transistor is provided on the central portion of. The memory transistor gate insulating film 4 is provided with a memory insulating film 4 having a charge storage function. The memory insulating film 4 is formed on the semiconductor layer 2 and has a thickness of 100 Å. And a pressure-resistant film 4b with a thickness of 900 mm laminated thereon. The memory film 4a and the pressure-resistant film 4b are formed in the same shape. Each of the memory film 4a and the withstand voltage film 4b is a silicon nitride (SiN) film. The withstand voltage film 4b has a stoichiometric ratio of the composition ratio (Si / N) of silicon atoms Si and nitrogen atoms N. The memory film 4 is formed of silicon nitride having a charge storage function with a silicon atomic weight greater than the stoichiometric ratio and having a charge storage function. The width of the lower gate electrode 4 composed of the memory film 4a and the withstand voltage film 4b is approximately one-third the width between the source and drain electrodes S and D in FIG. Are formed in an area substantially equal to the width of the semiconductor layer 2. Further, on the memory transistor gate insulating film 4 is lower gate electrode G 1 of the same shape and which are formed, (not shown) the line portions are wired on the substrate 1. Incidentally, the memory transistor gate insulating film 4 is also formed over its entire length below the line portion of the lower gate electrode G 1. 5 is a selection transistor gate insulating film formed on the substrate 1 to cover the lower gate electrode G 1 and the line portion and the semiconductor layer 2, the select transistor gate insulating film 5, no charge accumulation function It is formed of silicon nitride. The thickness of the gate insulating film 5 for the select transistor is 2000 °. Then, on the selection transistor gate insulating film 5, at least the source of the semiconductor layer 2, the drain electrode S, (not shown) to face the entire region and the line section the upper gate electrode G 2 between D Are formed. In this embodiment, the upper gate electrode G 2, the semiconductor layer 2 slightly smaller than, and is both side edges are formed in the area facing the central portion of the source electrode S and the drain electrode D. The line portion of the upper gate electrode G 2 is, is formed in a position that does not overlap vertically and the lower gate electrode G 1.

そして、この実施例の薄膜トランジスタメモリの中央
部はメモリトランジスタT1とされ、その両側部はそれぞ
れ選択トランジスタT2とされており、メモリトランジス
タT1は、半導体層2と、ソース,ドレイン電極S,Dと、
前記半導体層2との界面部分を電荷蓄積機能をもつメモ
リ膜4aとしたメモリトランジスタ用ゲート絶縁膜5と、
下部ゲート電極G1とで構成されている。また、このメモ
リトランジスタT1の両側はそれぞれ選択トランジスタG2
とされており、この選択トランジスタG2は、前記半導体
層2およびソース,ドレイン電極S,Dと、選択トランジ
スタ用ゲート絶縁膜5と、上部ゲート電極G2とで構成さ
れている。このメモリトランジスタT1とその両側の2つ
の選択トランジスタT2とは、その両方に兼用されている
半導体層2を介して直列につながっている。すなわち、
前記半導体層2のソース電極Sとドレイン電極Dとの間
の領域のうち、下部ゲート電極G1が対向している部分は
その全域がメモリトランジスタT1のチャンネル領域C1
なり、下部ゲート電極G1は対向せず上部ゲート電極G2
みが対向している部分はその全域が選択トランジスタT2
のチャンネル領域C2となっており、このメモリトランジ
スタT1のチャンネル領域C1と、選択トランジスタT2のチ
ャンネル領域G2とは、下部ゲート電極G1の側縁に対応す
る部分において互いにつながった状態で形成されるた
め、メモリトランジスタT1とその両側の2つの選択トラ
ンジスタT2とは、前記半導体層2のチャンネル領域G1
G2を介して、良好な導通性をもって直列につながってい
る。またメモリトランジスタT1の両側の2つの選択トラ
ンジスタT2は、そのゲート電極(上部ゲート電極)G2
共通の電極であるため、同時にオン,オフ動作するよう
になっている。
The central portion of the thin film transistor memory in this embodiment is a memory transistors T 1, both sides thereof are respectively selected transistor T 2, the memory transistors T 1 includes a semiconductor layer 2, a source, a drain electrode S, D and
A memory transistor gate insulating film 5 having a memory film 4a having a charge storage function at an interface with the semiconductor layer 2;
It is composed of a lower gate electrode G 1. Further, each on both sides of the memory transistors T 1 is selected transistor G 2
Are as, the selection transistor G 2 is, the semiconductor layer 2 and the source, drain electrodes S, and D, and the selection transistor gate insulating film 5, and an upper gate electrode G 2. The memory transistors T 1 and two select transistors T 2 of the both sides are connected in series through the semiconductor layer 2 which is also used in both. That is,
Wherein in the region between the source electrode S and the drain electrode D of the semiconductor layer 2, the portion where the lower gate electrode G 1 is facing the next channel area C 1 of the entire memory transistor T 1, the lower gate electrode G 1 is a portion only the upper gate electrode G 2 without opposing faces its entire selection transistor T 2
Has become a channel region C 2, a channel region C 1 of the memory transistor T 1, the channel region G 2 of the select transistor T 2, were connected to each other at the portion corresponding to the side edge of the lower gate electrode G 1 because it is formed in a state, the memory transistors T 1 and two select transistors T 2 of the both sides, the channel region G 1 of the semiconductor layer 2,
Through G 2, it is connected in series with good conductivity. The memory transistor two select transistors T 2 of the two sides of T 1, since the gate electrode (upper gate electrode) G 2 is a common electrode, on the same time, so as to off operation.

第2図は前記薄膜トランジスタメモリの製造方法を示
したもので、この薄膜トランジスタメモリは次のような
工程で製造される。
FIG. 2 shows a method of manufacturing the thin film transistor memory. The thin film transistor memory is manufactured by the following steps.

まず、第2図(a)に示すように、基板1上に半導体
層2を所定の形状に形成する。この半導体層2は、基板
1上にi型アモルファス・シリコンを1000Åの厚さに堆
積させ、このi型アモルファス・シリコン層をパターニ
ングする方法で形成する。
First, as shown in FIG. 2A, a semiconductor layer 2 is formed on a substrate 1 in a predetermined shape. The semiconductor layer 2 is formed by depositing i-type amorphous silicon to a thickness of 1000 ° on the substrate 1 and patterning the i-type amorphous silicon layer.

次に、第2図(b)に示すように、前記半導体層2の
両側部の上に、オーミックコンタクト層3とソース,ド
レイン電極S,Dとを形成するとともに、同時に前記基板
1上にソース,ドレイン電極S,Dのライン部を形成す
る。このソース,ドレイン電極S,Dとそのライン部およ
びオーミックコンタクト層3は、基板1上にn型アモル
ファス・シリコンとクロム等の金属とを250Å,500Åの
厚さに順次堆積させ、このこの金属膜とn型アモルファ
ス・シリコン層とをソース,ドレイン電極S,Dおよびそ
のライン部の形状にパターニングする方法で形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (b), an ohmic contact layer 3 and source and drain electrodes S and D are formed on both sides of the semiconductor layer 2 and, at the same time, a source is formed on the substrate 1. , And the line portions of the drain electrodes S and D are formed. The source and drain electrodes S and D, their line portions, and the ohmic contact layer 3 are formed by sequentially depositing n-type amorphous silicon and a metal such as chromium on the substrate 1 to a thickness of 250 or 500 mm. And an n-type amorphous silicon layer are formed by patterning the source and drain electrodes S and D and their line portions.

次に、第2図(c)に示すように、基板1上に、メモ
リトランジスタ用ゲート絶縁膜4となるメモリ膜(電荷
蓄積機能をもつ窒化シリコン膜)4aと耐圧膜(電荷蓄積
機能のない窒化シリコン膜)4bとを100Å,900Åの厚さ
に堆積させ、さらにその上にクロム等の下部ゲート電極
用金属膜Mを500Åの厚さに堆積させる。
Next, as shown in FIG. 2 (c), a memory film (a silicon nitride film having a charge storage function) 4a to be a gate insulating film 4 for a memory transistor and a breakdown voltage film (without a charge storage function) are formed on the substrate 1. A silicon nitride film) 4b is deposited to a thickness of 100 ° and 900 °, and a lower gate electrode metal film M such as chromium is deposited thereon to a thickness of 500 °.

次に、第2図(d)に示すように、前記金属膜Mと、
メモリ膜4aと耐圧膜4bとからなるメモリトランジスタ用
ゲート絶縁膜4とを、半導体層2の中央部に対応する形
状にパターニングして、前記金属膜Mからなる下部ゲー
ト電極G1およびそのライン部と、これと同一形状のメモ
リトランジスタ用ゲート絶縁膜4を完成する。
Next, as shown in FIG. 2D, the metal film M
And a memory transistor gate insulating film 4 comprising a memory film 4a and the breakdown voltage layer 4b, is patterned in a shape corresponding to the central portion of the semiconductor layer 2, the lower gate electrode G 1 consisting of the metal film M and the line section Then, the memory transistor gate insulating film 4 having the same shape as the above is completed.

次に、第2図(e)に示すように、前記下部ゲート電
極G1および半導体層2の上に、基板1の全面にわたっ
て、選択トランジスタ用ゲート絶縁膜(電荷蓄積機能の
ない窒化シリコン膜)5を2000Åの厚さに堆積させ、次
いでこの選択トランジスタ用ゲート絶縁膜5の上に、ク
ロム等の金属を1000Åの厚さに堆積させてこの金属膜を
パターニングする方法で上部ゲート電極G2とそのライン
部を形成して、前述した薄膜トランジスタメモリを完成
する。
Next, as shown in FIG. 2 (e), said on the lower gate electrode G 1 and the semiconductor layer 2, over the entire surface of the substrate 1, select transistor gate insulating film (not silicon nitride film charge storage function) 5 was deposited to a thickness of 2000Å and then on the selection transistor gate insulating film 5, a metal such as chromium, it is deposited to a thickness of 1000Å and the upper gate electrode G 2 in a manner of patterning the metal film By forming the line portion, the above-described thin film transistor memory is completed.

すなわち、この実施例の薄膜トランジスタメモリは、
1つの薄膜トランジスタに、半導体層2の少なくともソ
ース,ドレイン電極S,D間の領域全体に対向する上部ゲ
ート電極G2と、この上部ゲート電極G2と半導体層2との
間に設けられて前記半導体層2の中央部に対向する下部
ゲート電極G1との2つのゲート電極を設けるとともに、
前記下部ゲート電極G1は、半導体層2の中央部の上に設
けた、この半導体層2との界面部分に電荷蓄積機能をも
つメモリトランジスタ用ゲート絶縁膜4の上にこれと同
一形状に形成し、上部ゲート電極G2は、前記下部ゲート
電極G1を覆って半導体層2の上に積層した電荷蓄積機能
のない選択トランジスタ用ゲート絶縁膜5の上に形成す
ることにより、1つの薄膜トランジスタの中に、前記半
導体層2とソース,ドレイン電極S,Dとを共用するメモ
リトランジスタT1と選択トランジスタT2とを半導体層2
において直列に接続した状態で形成したものである。
That is, the thin film transistor memory of this embodiment is:
The one thin film transistor, at least the source of the semiconductor layer 2, the drain electrode S, an upper gate electrode G 2 facing the entire region between D, the semiconductor provided between the upper gate electrode G 2 and the semiconductor layer 2 provided with two gate electrodes and lower gate electrodes G 1 facing the central portion of the layer 2,
The lower gate electrode G 1 is provided on the central portion of the semiconductor layer 2, formed in the same shape and which exists on the memory transistor gate insulating film 4 having a charge accumulation function in the interface portion between the semiconductor layer 2 and, an upper gate electrode G 2 is, by forming on the lower gate electrode G 1 of the semiconductor layer without the selection transistor of the charge storage function laminated on the second gate insulating film 5 covering, of one thin film transistor during the semiconductor layer 2 and the source, drain electrodes S, the memory transistors T 1 and the selection transistor T 2 and the semiconductor layer 2 that share the D
Are formed in a state of being connected in series.

この薄膜トランジスタメモリによれば、1つの薄膜ト
ランジスタの中に、メモリトランジスタT1と、このメモ
リトランジスタT1の両側に位置する2つの選択トランジ
スタT2とを形成しているから、メモリトランジスタT1
選択トランジスタT2とで構成されるトランジスタメモリ
の面積を小さくして集積度を上げることができる。
According to the thin film transistor memory, select in one of the thin film transistor, and the memory transistors T 1, because they form two selection transistors T 2 located on both sides of the memory transistors T 1, and the memory transistors T 1 it can be increased the degree of integration by reducing the area of the transistor memory composed of a transistor T 2.

そして、この薄膜トランジスタメモリにおいては、前
記半導体層2のうち、下部ゲート電極G1が対向している
部分がメモリトランジスタT1のチャンネル領域C1とな
り、前記下部ゲート電極G1は対向せず上部ゲート電極G2
のみが対向している部分が選択トランジスタT2のチャン
ネル領域C2となるから、上部ゲート電極G2へのゲート電
圧の印加により選択トランジスタT2を動作させ、下部ゲ
ート電極G1へのゲート電圧の印加によりメモリトランジ
スタT1を動作させることができる。また、選択トランジ
スタT2のゲート電極である上部ゲート電極G2をメモリト
ランジスタT1のゲート電極である下部ゲート電極G1にラ
ップさせて形成しているため、前記メモリトランジスタ
T1のチャンネル領域C1と選択トランジスタT2のチャンネ
ル領域C2とは、前記下部ゲート電極G1の側縁に対応する
部分において互いにつながった状態で形成されるから、
メモリトランジスタT1と選択トランジスタT2との間の導
通性も良好である。
Then, in the thin film transistor memory, wherein the semiconductor layer 2, part becomes the channel region C 1 of the memory transistors T 1 to the lower gate electrode G 1 is facing, the lower gate electrode G 1 is upper gate not facing Electrode G 2
Since the portion only is opposed a channel region C 2 of the select transistor T 2, to operate the selection transistor T 2 by application of a gate voltage to the upper gate electrode G 2, the gate voltage of the lower gate electrode G 1 by the application it is possible to operate the memory transistor T 1. Further, since the formed by wrapping the upper gate electrode G 2 is a gate electrode of the select transistor T 2 to the lower gate electrode G 1 is the gate electrode of the memory transistor T 1, the memory transistor
A channel region C 1 of T 1 and the channel region C 2 of the select transistor T 2 are, from being formed in a state of mutually connected at the portion corresponding to the side edge of the lower gate electrode G 1,
Continuity between the memory transistors T 1 and the selection transistor T 2 is also good.

しかも、この薄膜トランジスタメモリでは、メモリト
ランジスタT1のゲート電極である下部ゲート電極G1が、
選択トランジスタT2のゲート電極である下部ゲート電極
G2から半導体層2に印加されるゲート電圧を遮蔽する電
極としても作用するため、前記上部ゲート電極G2に印加
されるゲート電圧の影響でメモリトランジスタT1が誤動
作することはないから、1つの薄膜トランジスタの中に
メモリトランジスタT1と選択トランジスタT2とを形成し
たものでありながら、前記メモリトランジスタT1を正常
に動作させて安定した書込み,消去,読出しを行なうこ
とができる。
Moreover, in the thin film transistor memory, a lower gate electrode G 1 is the gate electrode of the memory transistor T 1,
Lower gate electrode is the gate electrode of the select transistor T 2
To act as an electrode for shielding the gate voltage applied from the G 2 to the semiconductor layer 2, since the memory transistor T 1 is never malfunction under the influence of the gate voltage applied to the upper gate electrode G 2, 1 one while is obtained by forming the memory transistors T 1 and selection transistor T 2 in the thin film transistor, the memory transistors T 1 is operated normally stable write, erase, can be read.

この薄膜トランジスタメモリの書込み,消去,読出し
は次のようにして行なわれる。
Writing, erasing, and reading of this thin film transistor memory are performed as follows.

すなわち、第3図は前記薄膜トランジスタメモリの等
価回路図であり、(a)は書込み時、(b)は消去時、
(c)は読出し時の電圧印加状態を示している。
That is, FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the thin film transistor memory, in which (a) is for writing, (b) is for erasing,
(C) shows a voltage application state at the time of reading.

まず書込みについて説明すると、書込み時は、第3図
(a)に示すように、ソース電極Sおよびドレイン電極
Dを接地(GND)するとともに、選択トランジスタT2
ゲート電極(上部ゲート電極)G2にオン電圧VONを印加
し、メモリトランジスタT1のゲート電極(下部ゲート電
極)G1に書込み電圧+VPを印加する。このような電圧を
印加すると、2つの選択トランジスタT2が同時にオン
し、メモリトランジスタT1のゲート電極G1と半導体層2
との間にかかる書込み電圧+VPにより半導体層2からメ
モリトランジスタ用ゲート絶縁膜4に電荷が注入され
て、この電荷がメモリトランジスタ用ゲート絶縁膜4の
の半導体層2との界面(メモリ膜4a)にトラップされ、
メモリトランジスタT1が書込み状態(オフ状態)にな
る。
First, the writing will be described, upon writing, as shown in FIG. 3 (a), as well as ground (GND) and the source electrode S and the drain electrode D, a gate electrode (upper gate electrode) of the select transistor T 2 G 2 to apply the oN voltage V oN, and applies the write voltage + V P to the gate electrode (the lower gate electrode) G 1 of the memory transistor T 1. The application of such a voltage, the two select transistors T 2 is turned on at the same time, the gate electrode G 1 of the memory transistors T 1 and the semiconductor layer 2
Such write voltage + V P charges from the semiconductor layer 2 to the memory transistor gate insulating film 4 by is injected, the interface (memory film 4a of the charge and the semiconductor layer 2 of the memory transistor gate insulating film 4 between the ) Trapped in
Memory transistor T 1 is in writing state (OFF state).

また消去時は、第3図(b)に示すように、ソース電
極Sおよびドレイン電極Dを接地(GND)するととも
に、選択トランジスタT2のゲート電極G2にオン電圧VON
を印加し、メモリトランジスタT1のゲート電極G1に、書
込み電圧+VPとは逆電位の消去電圧−VPを印加する。こ
のような電圧を印加すると、2つの選択トランジスタT2
が同時にオンし、メモリトランジスタT1のゲート電極G1
と半導体層2との間にかかる消去電圧−VPによりメモリ
性絶縁膜4にトラップされている電荷が半導体層2に放
出されて、メモリトランジスタT1が消去状態(オン状
態)となる。
The erasing, as shown in FIG. 3 (b), while grounding the source electrode S and the drain electrode D (GND), the ON voltage V ON to the gate electrode G 2 of the select transistor T 2
It was applied to the gate electrode G 1 of the memory transistor T 1, and the write voltage + V P applies an erase voltage -V P opposite potential. When such a voltage is applied, two selection transistors T 2
Are simultaneously turned on, and the gate electrode G 1 of the memory transistor T 1 is turned on.
And the charge trapped in the memory insulating film 4 by an erase voltage -V P applied between the semiconductor layer 2 is discharged to the semiconductor layer 2, the memory transistors T 1 is erased state (ON state).

一方、読出し時は、第3図(c)に示すように、メモ
リトランジスタT1のゲート電極G1とソース電極Sを接地
(GND)するとともに、選択トランジスタT2のゲート電
極G2にオン電圧VONを印加し、ドレイン電極Dに読出し
電圧VDを印加する。このような電圧を印加すると、メモ
リトランジスタT1が消去状態(オン状態)であれば、2
つの選択トランジスタT2のオンによってドレイン電極D
からソース電極Sに電流が流れ、またメモリトランジス
タT1が書込み状態(オフ状態)であれば、選択トランジ
スタT2がオンしても前記電流は流れないため、ソース電
極Sからそのライン部に流れる電流の有無に応じた読出
しデータが出力される。
On the other hand, during reading, as shown in FIG. 3 (c), with grounding the gate electrode G 1 and the source electrode S of the memory transistor T 1 (GND), the gate electrode G 2 to the ON voltage of the select transistor T 2 V ON is applied, and a read voltage V D is applied to the drain electrode D. The application of such a voltage, if the memory transistor T 1 is in the erased state (ON state), 2
The drain electrode D is turned on by turning on the two selection transistors T2.
Current flows to the source electrode S of and, if the memory transistor T 1 is in the write state (off state), since the selecting transistor T 2 the current is also turned on does not flow, flows through the line section from the source electrode S Read data according to the presence or absence of the current is output.

なお、前記実施例の薄膜トランジスタメモリは、1つ
のメモリトランジスタT1と2つの選択トランジスタT2
備えたものであるが、本発明は、1つのメモリトランジ
スタT1と1つの選択トランジスタT2を備えた薄膜トラン
ジスタメモリにも適用できる。
Incidentally, the thin film transistor memory of the embodiment, which was provided with a single memory transistors T 1 and two select transistors T 2, the present invention comprises one memory transistors T 1 and one selection transistor T 2 It can also be applied to thin film transistor memories.

第4図および第5図は本発明の第2の実施例を示して
おり、第4図は薄膜トランジスタメモリの断面図、第5
図はその等価回路図である。
4 and 5 show a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a sectional view of a thin film transistor memory, and FIG.
The figure is an equivalent circuit diagram.

この実施例の薄膜トランジスタメモリは、メモリ膜4a
と耐圧膜4bとからなるメモリトランジスタ用ゲート絶縁
膜4を半導体層2のほぼ半分の面積として、このメモリ
トランジスタ用ゲート絶縁膜4を半導体層2の中央から
一半分の領域に対向させて形成するとともに、メモリト
ランジスタT1のゲート電極である下部ゲート電極G1を前
記メモリトランジスタ用ゲート絶縁膜4の上にこれと同
一形状に形成したものである。すなわち、この実施例の
薄膜トランジスタメモリは、その一半分をメモリトラン
ジスタT1とし、他半分を選択トランジスタT2としたもの
である。なお、この実施例の薄膜トランジスタメモリ
は、選択トランジスタT2を1つとしただけで、基本的な
構成は前記第1の実施例と変わらないから、詳細な構造
の説明は図に同符号を付して省略する。また、この実施
例の薄膜トランジスタメモリは、前述した製造方法と同
様な方法で製造できるし、またその書込み,消去,読出
しも、前記第1の実施例の薄膜トランジスタメモリと同
様にして行なうことができる。
The thin film transistor memory according to this embodiment includes a memory film 4a
The gate insulating film 4 for a memory transistor, which is made up of a gate insulating film 4 and a breakdown voltage film 4b, is formed to have a half area of the semiconductor layer 2, and the gate insulating film 4 for a memory transistor is opposed to a half area from the center of the semiconductor layer 2. together, and forming a lower gate electrode G 1 is the gate electrode of the memory transistors T 1 into the same shape as this on the memory transistor gate insulating film 4. That is, a thin film transistor memory of this embodiment, and an half the memory transistors T 1, is obtained by a selection transistor T 2 the other half. Incidentally, the thin film transistor memory of this embodiment, only by one of the selection transistors T 2, since the basic configuration unchanged from the first embodiment, detailed description of the structure are denoted by the same reference numerals in FIG. Omitted. Further, the thin film transistor memory of this embodiment can be manufactured by the same method as the above-described manufacturing method, and writing, erasing, and reading can be performed in the same manner as the thin film transistor memory of the first embodiment.

なお、この実施例では、上部ゲート電極G2を前記第1
の実施例と同じ面積に形成しているが、この上部ゲート
電極G2の有効部分は下部ゲート電極G1とラップしていな
い部分であるから、この上部ゲート電極G2の下部ゲート
電極G1とラップする部分は、下部ゲート電極G1より小さ
い面積としてもよく、その場合も、上部ゲート電極G2
下部ゲート電極G1側の側縁を僅かでも下部ゲート電極G1
とラップさせておけば、メモリトランジスタT1のチャン
ネル領域C1と選択トランジスタT2のチャンネル領域C2
が互いにつながった状態で形成されるから、メモリトラ
ンジスタT1と選択トランジスタT2との間の導通性を確保
することができる。
In this embodiment, the upper gate electrode G 2 first
Although formed in the same area as of Example, since the effective portion of the upper gate electrode G 2 is a portion that is not wrapped and the lower gate electrode G 1, the lower gate electrode G 1 of the upper gate electrode G 2 the wrapping portion may be G 1 is smaller than the area under the gate electrode, even in which case the lower gate electrode G 1 of the side edge of the lower gate electrode G 1 side even slightly the upper gate electrode G 2
Between if so wrapped, because the channel area C 1 of the memory transistors T 1 and the channel region C 2 of the select transistor T 2 is formed in a state of mutually connected, and the memory transistors T 1 and the selection transistor T 2 Can be secured.

また、前記実施例では、メモリトランジスタ用ゲート
絶縁膜4を、メモリ膜4aと耐圧膜4bとの二層膜としてい
るが、このメモリトランジスタ用ゲート絶縁膜4は、少
なくとも半導体層2との界面部分に電荷蓄積機能をも
ち、かつ十分な耐圧性をもっていればよいから、このメ
モリトランジスタ用ゲート絶縁膜4は、その全体が電荷
蓄積機能をもつ窒化シリコン等からなる単層膜としても
よい。
Further, in the above-described embodiment, the memory transistor gate insulating film 4 is a two-layer film of the memory film 4a and the breakdown voltage film 4b, but the memory transistor gate insulating film 4 has at least an interface portion with the semiconductor layer 2. The gate insulating film 4 for a memory transistor may be a single-layer film made of silicon nitride or the like having a charge storage function as a whole, as long as it has a charge storage function and a sufficient withstand voltage.

さらに、前記実施例では、半導体層2およびオーミッ
クコンタクト層3をアモルファス・シリコンで形成して
いるが、この半導体層2とオーミックコンタクト層3は
ポリ・シリコン(poly−Si)で形成してもよく、このよ
うに半導体層2とオーミックコンタクト層3をポリ・シ
リコンで形成すれば、メモリトランジスタT1および選択
トランジスタT2の動作速度を速くすることができる。
Further, in the above embodiment, the semiconductor layer 2 and the ohmic contact layer 3 are formed of amorphous silicon. However, the semiconductor layer 2 and the ohmic contact layer 3 may be formed of poly silicon (poly-Si). thus the semiconductor layer 2 and the ohmic contact layer 3 be formed of polysilicon, it is possible to increase the operating speed of the memory transistors T 1 and selection transistor T 2.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明の薄膜トランジスタメモリによれば、ゲート絶
縁膜上に、メモリ用ゲート電極、およびメモリ用ゲート
電極とソース、ドレイン電極間に対応する選択トランジ
スタ用ゲート電極を形成するので、メモリ用ゲート電極
と選択トランジスタ用ゲート電極を同一平面に並べて形
成する場合の両ゲート電極を離間する部分が不必要とな
り、その分、面積を小さくすることができる。
According to the thin film transistor memory of the present invention, the memory gate electrode and the select transistor gate electrode corresponding to the memory gate electrode and the source / drain electrode are formed on the gate insulating film. When the transistor gate electrodes are formed side by side on the same plane, a portion for separating the two gate electrodes becomes unnecessary, and the area can be reduced accordingly.

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

第1図〜第3図は本発明の第1の実施例を示したもの
で、第1図は薄膜トランジスタメモリの断面図、第2図
は薄膜トランジスタメモリの製造工程図、第3図は薄膜
トランジスタメモリの等価回路図である。第4図および
第5図は本発明の第2の実施例を示す薄膜トランジスタ
メモリの断面図および等価回路図である。 1…基板、2…半導体層、3…オーミックコンタクト
層、S…ソース電極、D…ドレイン電極、4…メモリト
ランジスタ用ゲート絶縁膜、4a…メモリ膜、4b…耐圧
膜、G1…下部ゲート電極、5…選択トランジスタ用ゲー
ト絶縁膜、G2…上部ゲート電極、T1…メモリトランジス
タ、C1…チャンネル領域、T2…選択トランジスタ、C2
チャンネル領域。
1 to 3 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a sectional view of a thin film transistor memory, FIG. 2 is a manufacturing process diagram of the thin film transistor memory, and FIG. It is an equivalent circuit diagram. FIGS. 4 and 5 are a sectional view and an equivalent circuit diagram of a thin film transistor memory showing a second embodiment of the present invention. 1 ... substrate, 2 ... semiconductor layer, 3 ... ohmic contact layer, S ... source electrode, D ... drain electrode, 4 ... memory transistor gate insulating film, 4a ... memory film, 4b ... withstand voltage layer, G 1 ... lower gate electrode 5, a gate insulating film for a select transistor, G 2, an upper gate electrode, T 1, a memory transistor, C 1, a channel region, T 2, a select transistor, C 2,
Channel area.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/115,29/786 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 27 / 115,29 / 786

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体層のほぼ中央部に形成されたメモリ
用ゲート絶縁膜と、該メモリ用ゲート絶縁膜上に形成さ
れたメモリ用ゲート電極と、前記メモリ用ゲート電極の
対向部から離間した両側の領域に形成されたソース、ド
レイン電極と、前記メモリ用ゲート電極、および前記メ
モリ用ゲート電極と前記ソース、ドレイン電極間の前記
半導体層を覆って形成されたゲート絶縁膜と、前記メモ
リ用ゲート電極、およびメモリ用ゲート電極と前記ソー
ス、ドレイン電極間に対応して前記ゲート絶縁膜上に形
成された選択トランジスタ用ゲート電極とを備えたこと
を特徴とする薄膜トランジスタメモリ。
A memory gate insulating film formed substantially at a central portion of the semiconductor layer; a memory gate electrode formed on the memory gate insulating film; and a memory gate electrode separated from an opposing portion of the memory gate electrode. A source and drain electrode formed in both side regions, the memory gate electrode, and a gate insulating film formed to cover the semiconductor layer between the memory gate electrode and the source and drain electrodes; A thin film transistor memory comprising: a gate electrode; and a gate electrode for memory, and a gate electrode for a selection transistor formed on the gate insulating film between the source and drain electrodes.
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