JP4775849B2 - 半導体素子及びそれを用いた半導体記憶装置、及びそのデータ書込み方法、データ読出し方法、及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
半導体素子及びそれを用いた半導体記憶装置、及びそのデータ書込み方法、データ読出し方法、及びそれらの製造方法について図1乃至図18を用いて説明する。
セル非選択時には、ワードラインWLには0(V)が印加され、その他の各ラインBL、DL、PLは非適用(N/A)である。
本発明の第2の実施の形態による半導体記憶装置及びそのデータ書込み方法、データ読出し方法、及びそれらの製造方法について図19乃至図21を用いて説明する。本実施の形態による半導体記憶装置100は、データ記憶用の強誘電体膜を備えたトランジスタ型強誘電体記憶素子MTと、トランジスタ型強誘電体記憶素子MTに電気的に接続されたpn接合ダイオードDと、pn接合ダイオードDに電気的に接続されたセル選択用トランジスタSTとを備えた点に特徴を有している。メモリセルをこのような構成とすることにより、pn接合ダイオードDの電流対電圧特性を、上記実施の形態の強誘電体ゲート付きpn接合ダイオードGDの電流対電圧特性と異ならせることができる。これにより、「1」に相当する1ビットデータの読出し時のオン電流と「0」に相当する1ビットデータの読出し時のオフ電流との比を大きくすることができる。
本発明の第3の実施の形態による半導体記憶装置及びそのデータ書込み方法、データ読出し方法、及びそれらの製造方法について図22乃至図24を用いて説明する。上記第1の実施の形態の半導体記憶装置1の強誘電体ゲート付きpn接合ダイオードGDは、強誘電体膜26の分極の向きに応じて反転層形成領域90に反転層としてのp+層が形成される。これにより、強誘電体ゲート付きpn接合ダイオードGDは、p+n+接合ダイオードとして機能する。しかし、反転層とカソード領域62とのpn接合が十分でないと、p+n+接合ダイオードとしての電流−電圧特性が十分に得られない。このため、強誘電体ゲート付きpn接合ダイオードGDを備えた半導体記憶装置1は、「1」の1ビットデータの読出し時のオン電流と「0」の1ビットデータの読出し時のオフ電流との比(オンオフ比)が十分に得られず、記憶されたデータを正確に読出すことができなくなる可能性がある。
本発明の第4の実施の形態による半導体記憶装置及びそのデータ書込み方法、データ読出し方法、及びそれらの製造方法について図25及び図26を用いて説明する。図25は、強誘電体膜を備えたトランジスタ型強誘電体記憶素子MTとpn接合ダイオードDとセル選択用トランジスタSTとが接続された半導体記憶装置300の1個のメモリセルの基板面に垂直な断面構造を示している。図25に示すように、半導体記憶装置300のメモリセルは、pn接合ダイオードDのカソード領域62とアノード領域203とを接続するタングステン・プラグ(金属層)213を備えた点に特徴を有している。カソード領域62及びアノード領域203の上層部の層間絶縁膜66は開口されてコンタクトホールが形成されている。タングステン・プラグ213は、当該コンタクトホールに埋め込まれて形成され、カソード領域62及びアノード領域203に電気的に接続されている。半導体記憶装置300は、タングステン・プラグ213を備えた点を除いて上記第3の実施の形態の半導体記憶装置200と同様の構成を有しているので説明は省略する。
(付記1)半導体基板上方に形成された強誘電体膜と、
前記強誘電体膜上に形成されたゲート電極と、
前記強誘電体膜下方に形成された不純物活性化領域と、
前記不純物活性化領域を挟んだ両側の一方に形成された高濃度のn型不純物活性化領域と、
前記両側の他方に形成された高濃度のp型不純物活性化領域と、
を有することを特徴とする半導体素子。
(付記2)
付記1記載の半導体素子において、
前記不純物活性化領域は、前記強誘電体膜の分極方向によって反転層が形成される反転層形成領域を含むことを特徴とする半導体素子。
(付記3)
付記1または2のいずれか1項に記載の半導体素子において、
前記反転層形成領域と前記強誘電体膜との間にゲート絶縁膜をさらに有すること
を特徴とする半導体素子。
(付記4)
付記3記載の半導体素子において、
前記ゲート絶縁膜は、HfO2、HfAlOX、HfSiOX又はHfSiNOXで形成されることを特徴とする半導体素子。
(付記5)
付記1乃至4記載の半導体素子において、
前記強誘電体膜は、SBT、BLT、PGO、BFO、STN又はBNMOで形成されることを特徴とする半導体素子。
(付記6)
付記1乃至5記載の半導体素子において、
前記ゲート電極は、Pt、Ir、IrO2、SRO又はRuO2で形成されていることを特徴とする半導体素子。
(付記7)
強誘電体膜の分極方向によってデータを記憶するメモリセルを備えた半導体記憶装置において、
前記メモリセルは、
付記1乃至6に記載の半導体素子と、
ゲート電極、ソース領域、ドレイン領域を有するセル選択用トランジスタとからなり、
前記p型不純物活性化領域または前記n型不純物活性化領域と前記ソース領域、あるいは前記ドレイン領域のうちの一方とが接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。
(付記8)
強誘電体膜の分極方向によってデータを記憶するメモリセルを備えた半導体記憶装置において、
半導体基板上方に形成された強誘電体膜と、
前記強誘電体膜上に形成されたゲート電極と、
前記強誘電体膜下方の前記半導体基板に前記強誘電体膜の分極方向に応じて反転層が形成される反転層形成領域と、
前記反転層形成領域を挟んだ両側の一方に形成されたカソード領域と、
前記両側の他方に形成されたアノード領域と、を有する半導体素子と、
前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート絶縁膜下層の前記半導体基板のチャネル領域を挟んだ両側に形成されたソース領域及びドレイン領域と、を有するセル選択用トランジスタと、を備え、
前記半導体素子の前記カソード領域、あるいは前記アノード領域のうちの一方と前記セル選択用トランジスタの前記ソース領域、あるいは前記ドレイン領域のうちの一方とを電気的に接続してなるメモリセルを備えたこと
を特徴とする半導体記憶装置。
(付記9)
付記8記載の半導体記憶装置において、
前記半導体素子の前記カソード領域、あるいは前記アノード領域は、前記ソース領域、あるいは前記ドレイン領域と一体的に形成されていること
を有することを特徴とする半導体記憶装置。
(付記10)
付記9記載の半導体記憶装置において、
前記セル選択用トランジスタの前記ゲート電極にセル選択信号を印加するワードラインと、
前記ドレイン領域に1ビットデータを出力するビットラインと、
前記半導体素子のアノード領域をオープン又は基準電位にするプレートラインと、
前記半導体素子の前記ゲート電極に前記印加電圧を印加するドライブラインと
を有することを特徴とする半導体記憶装置。
(付記11)
付記8乃至10のいずれか1項に記載の半導体記憶装置において、
前記セル選択用トランジスタは、n型MOSFETであり、
前記ソース領域、前記ドレイン領域及び前記カソード領域は、高濃度のn型不純物拡散層をそれぞれ有していること
を特徴とする半導体記憶装置。
(付記12)
付記8乃至11のいずれか1項に記載の半導体記憶装置において、
前記半導体基板は、SOI基板であること
を特徴とする半導体記憶装置。
(付記13)
付記8記載の半導体記憶装置において、
前記カソード領域と前記反転層形成領域との間に、前記カソード領域と反対の導電性の不純物拡散領域をさらに有すること
を特徴とする半導体記憶装置。
(付記14)
強誘電体膜の分極の向きによってデータを記憶するメモリセルを備えた半導体記憶装置のデータ書込み方法において、
半導体基板上方に形成された前記強誘電体膜上に形成されたゲート電極にゲート電圧を印加し、
前記強誘電体膜下方の前記半導体基板に前記強誘電体膜の分極の向きに応じて反転層が形成される反転層形成領域を挟んだ両側の一方に形成されたカソード領域に前記データに対応したデータ電圧を印加し、
前記両側の他方に形成されたアノード領域をオープンにし、
前記ゲート電圧に対する前記データ電圧の高低に基づいて前記分極の向きを変化させて前記強誘電体膜に前記データを書込むことを特徴とする半導体装置のデータ書込み方法。
(付記15)
強誘電体膜の分極の向きによってデータを記憶するメモリセルを備えた半導体記憶装置のデータ読出し方法において、
前記強誘電体膜の分極の向きに応じて、当該強誘電体膜下方に形成される反転層領域を挟んだ両側の一方に形成されたカソード領域と、前記両側の他方に形成されたアノード領域との間に逆バイアス電圧を印加して、前記カソード領域と前記アノード領域との間に流れる電流の大きさに基づいて前記強誘電体膜に記憶された前記データを読出すこと
を特徴とする半導体記憶装置のデータ読出し方法。
(付記16)
強誘電体膜の分極の向きによってデータを記憶するメモリセルを備えた半導体記憶装置の製造方法において、
半導体基板上方に強誘電体膜を形成し、前記強誘電体膜上にゲート電極を形成し、前記強誘電体膜下方の前記半導体基板の反転層形成領域を挟んだ両側の一方にカソード領域を、他方にアノード領域を形成して、半導体素子を形成し、
前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、前記ゲート絶縁膜下層の前記半導体基板のチャネル領域を挟んだ両側にソース領域及びドレイン領域を形成して、セル選択用トランジスタを形成し、
前記カソード領域、あるいは前記アノード領域のうちの一方と前記ソース領域、あるいは前記ドレイン領域のうちの一方とを接続して、
前記メモリセルを形成することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
(付記17)
強誘電体膜の分極方向によってデータを記憶するメモリセルを備えた半導体記憶装置において、
前記メモリセルは、
第1導電型の半導体基板に形成され、前記第1導電型と異なる導電型の第2導電型のウェル領域と、前記ウェル領域上方に形成された強誘電体膜と、前記強誘電体膜上に形成されたゲート電極と、前記強誘電体膜下方の前記ウェル領域に前記強誘電体膜の分極方向に応じて反転層が形成される反転層形成領域と、前記反転層形成領域を挟んだ両側の一方に形成された前記第1導電型の第1不純物活性化領域と、前記両側の他方に形成された前記第1導電型の第2不純物活性化領域とを備えた記憶用半導体素子と、
前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ゲート絶縁膜下層の前記半導体基板のチャネル領域を挟んだ両側の一方に形成され、前記ウェル領域及び前記第2不純物活性化領域に電気的に接続された前記第2導電型の第3不純物活性化領域と、前記チャネル領域を挟んだ両側の他方に形成された前記第2導電型の第4不純物活性化領域とを備えたセル選択用トランジスタと
を有することを特徴とする半導体記憶装置。
(付記18)
付記17記載の半導体記憶装置において、
前記反転層形成領域と前記強誘電体膜との間にゲート絶縁膜をさらに有すること
を特徴とする半導体記憶装置。
(付記19)
付記17又は18に記載の半導体記憶装置において、
前記第2及び第3不純物活性化領域は、不純物濃度が相対的に高く形成されて逆導通ダイオードを構成していること
を特徴とする半導体記憶装置。
(付記20)
付記17乃至19のいずれか1項に記載の半導体記憶装置において、
前記第2及び第3不純物活性化領域上に形成され、前記第2及び第3の不純物活性化領域を電気的に接続する金属層をさらに有すること
を特徴とする半導体記憶装置。
2 p型シリコン半導体基板
4 素子分離絶縁膜
6 n−ウェル
8 HfO2膜
10 SBT膜
12 Pt膜
14、18、30、36、50、56 レジスト層
16 多結晶シリコン膜
20、22 ゲート絶縁膜
24、28 ゲート電極
26 強誘電体膜
32、34 n型不純物領域
38 p型不純物領域
40 シリコン酸化膜
60 n型不純物拡散層(ドレイン/ソース領域)
62 n型不純物拡散層(カソード領域、ソース/ドレイン領域)
64、94 p型不純物拡散層(アノード領域)
66、66’、66’’ 層間絶縁膜
68、70、72、74、75、213 タングステン・プラグ
76、78、80、82、83 配線
90 反転層形成領域
91 チャネル領域
92 絶縁層
96 単結晶シリコン層
102 センスタイミングコントローラ
104 プレートラインデコーダ/ドライバ回路
106 ドライブラインデコーダ/ドライバ回路
108、116 ワードラインデコーダ/ドライバ回路
110 ビットラインデコーダ/ドライバ回路
112 センスアンプ
114 デコーダ/ドライバ回路
118 データI/O回路
120 出力部
150 選択セル
151 ワードライン
152、154 非選択セル
153 ビットライン
201 p+層
203 ドレイン/ソース領域(アノード領域)
215、217、219、221 パッド
D pn接合ダイオード
GD 強誘電体ゲート付きpn接合ダイオード
GD−G 強誘電体ゲート付きpn接合ダイオードのゲート部
MT トランジスタ型強誘電体記憶素子
ST セル選択用トランジスタ
ST−G セル選択用トランジスタのゲート部
Claims (6)
- p型半導体基板上方に形成された強誘電体膜と、
前記強誘電体膜上に形成されたゲート電極と、
前記強誘電体膜下方に形成された第1のn型不純物活性化領域と、
前記第1のn型不純物活性化領域を挟んだ両側の一方に形成されて前記第1のn型不純物活性化領域の不純物濃度より高濃度の第2のn型不純物活性化領域と、
前記両側の他方に形成されて前記半導体基板の不純物濃度より高濃度のp型不純物活性化領域と、
を有することを特徴とする半導体素子。 - 請求項1記載の半導体素子において、
前記第1のn型不純物活性化領域は、前記強誘電体膜の分極方向によって反転層が形成される反転層形成領域を含むことを特徴とする半導体素子。 - 強誘電体膜の分極方向によってデータを記憶するメモリセルを備えた半導体記憶装置において、
前記メモリセルは、
請求項1又は2に記載の半導体素子と、
ゲート電極、ソース領域、ドレイン領域を有するセル選択用トランジスタとからなり、
前記p型不純物活性化領域または前記第2のn型不純物活性化領域と前記ソース領域、あるいは前記ドレイン領域のうちの一方とが接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。 - 強誘電体膜の分極方向によってデータを記憶するメモリセルを備えた半導体記憶装置において、
第1導電型の半導体基板上方に形成された強誘電体膜と、
前記強誘電体膜上に形成されたゲート電極と、
前記強誘電体膜下方の前記半導体基板に前記強誘電体膜の分極方向に応じて反転層が形成される反転層形成領域と、
前記反転層形成領域を挟んだ両側の一方に形成されて前記第1導電型と異なる導電型の第2導電型のカソード領域と、
前記両側の他方に形成されて前記半導体基板の不純物濃度より高濃度の前記第1導電型のアノード領域と、
前記反転層形成領域を含んで前記カソード領域及び前記アノード領域の下方に形成され、前記カソード領域の不純物濃度より低濃度の前記第2導電型の不純物活性化領域と、を有する半導体素子と、
前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート絶縁膜下層の前記半導体基板のチャネル領域を挟んだ両側に形成されたソース領域及びドレイン領域と、を有するセル選択用トランジスタと、を備え、
前記半導体素子の前記カソード領域、あるいは前記アノード領域のうちの一方と前記セル選択用トランジスタの前記ソース領域、あるいは前記ドレイン領域のうちの一方とを電気的に接続してなるメモリセルを備えたこと
を特徴とする半導体記憶装置。 - 強誘電体膜の分極の向きによってデータを記憶するメモリセルを備えた半導体記憶装置の製造方法において、
第1導電型の半導体基板に形成されて前記第1導電型と異なる導電型の第2導電型の不純物活性化領域の上方に強誘電体膜を形成し、前記強誘電体膜上にゲート電極を形成し、前記強誘電体膜下方の前記不純物活性化領域内の反転層形成領域を挟んだ両側の一方に前記不純物活性化領域の不純物濃度より高濃度の前記第2導電型のカソード領域を、他方に前記半導体基板の不純物濃度より高濃度の前記第1導電型のアノード領域を形成して、半導体素子を形成し、
前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、前記ゲート絶縁膜下層の前記半導体基板のチャネル領域を挟んだ両側にソース領域及びドレイン領域を形成して、セル選択用トランジスタを形成し、
前記カソード領域、あるいは前記アノード領域のうちの一方と前記ソース領域、あるいは前記ドレイン領域のうちの一方とを接続して、
前記メモリセルを形成することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。 - 強誘電体膜の分極方向によってデータを記憶するメモリセルを備えた半導体記憶装置において、
前記メモリセルは、
第1導電型の半導体基板に形成され、前記第1導電型と異なる導電型の第2導電型のウェル領域と、前記ウェル領域上方に形成された強誘電体膜と、前記強誘電体膜上に形成されたゲート電極と、前記強誘電体膜下方の前記ウェル領域に前記強誘電体膜の分極方向に応じて反転層が形成される反転層形成領域と、前記反転層形成領域を挟んだ両側の一方に形成された前記第1導電型の第1不純物活性化領域と、前記両側の他方に形成された前記第1導電型の第2不純物活性化領域とを備えた記憶用半導体素子と、
前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ゲート絶縁膜下層の前記半導体基板のチャネル領域を挟んだ両側の一方に形成され、前記ウェル領域及び前記第2不純物活性化領域に電気的に接続された前記第2導電型の第3不純物活性化領域と、前記チャネル領域を挟んだ両側の他方に形成された前記第2導電型の第4不純物活性化領域とを備えたセル選択用トランジスタと
を有することを特徴とする半導体記憶装置。
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JP5676075B2 (ja) * | 2008-11-17 | 2015-02-25 | ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエルPS4 Luxco S.a.r.l. | 半導体装置 |
JP5414036B2 (ja) * | 2009-03-19 | 2014-02-12 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 絶縁ゲート型半導体装置の製造方法 |
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US9520445B2 (en) * | 2011-07-12 | 2016-12-13 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf E. V. | Integrated non-volatile memory elements, design and use |
DE102012205977B4 (de) * | 2012-04-12 | 2017-08-17 | Globalfoundries Inc. | Halbleiterbauelement mit ferroelektrischen Elementen und schnellen Transistoren mit Metallgates mit großem ε sowie Herstellungsverfahren |
US8796751B2 (en) * | 2012-11-20 | 2014-08-05 | Micron Technology, Inc. | Transistors, memory cells and semiconductor constructions |
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US9627406B1 (en) * | 2015-09-26 | 2017-04-18 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce | Memory cell including electret and random access memory thereof |
US10090036B2 (en) * | 2015-12-21 | 2018-10-02 | Imec Vzw | Non-volatile memory cell having pinch-off ferroelectric field effect transistor |
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CN108153001B (zh) * | 2016-12-05 | 2021-04-27 | 上海新微科技服务有限公司 | 一种大带宽硅基光调制器 |
DE102017102545B4 (de) * | 2017-02-09 | 2018-12-20 | Infineon Technologies Ag | Halbleitervorrichtung, Drucksensor, Mikrofon, Beschleunigungssensor und Verfahren zum Bilden einer Halbleitervorrichtung |
US10033383B1 (en) * | 2017-03-20 | 2018-07-24 | Globalfoundries Inc. | Programmable logic elements and methods of operating the same |
CN110476248B (zh) * | 2017-04-03 | 2023-11-28 | 索尼半导体解决方案公司 | 半导体存储元件、半导体存储装置、半导体系统和控制方法 |
US10176859B2 (en) * | 2017-05-03 | 2019-01-08 | Globalfoundries Inc. | Non-volatile transistor element including a buried ferroelectric material based storage mechanism |
JP2019075470A (ja) * | 2017-10-17 | 2019-05-16 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 半導体記憶装置及び電子機器 |
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US10998338B2 (en) * | 2018-11-13 | 2021-05-04 | Micron Technology, Inc. | Integrated assemblies having ferroelectric transistors with heterostructure active regions |
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CN109887532B (zh) * | 2019-01-28 | 2021-07-06 | 中国科学院微电子研究所 | 融合型存储器的写入、擦除方法 |
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KR100297728B1 (ko) * | 1999-05-17 | 2001-09-26 | 윤종용 | 플래쉬 메모리 소자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 플래쉬 메모리 소자 |
US6151241A (en) * | 1999-05-19 | 2000-11-21 | Symetrix Corporation | Ferroelectric memory with disturb protection |
US6690030B2 (en) * | 2000-03-06 | 2004-02-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device with negative differential resistance characteristics |
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US6630724B1 (en) * | 2000-08-31 | 2003-10-07 | Micron Technology, Inc. | Gate dielectric antifuse circuits and methods for operating same |
JP2003068890A (ja) * | 2001-08-23 | 2003-03-07 | Rikogaku Shinkokai | 不揮発性半導体記憶装置および不揮発性メモリ素子 |
US7164167B2 (en) * | 2001-11-21 | 2007-01-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor storage device, its manufacturing method and operating method, and portable electronic apparatus |
US6855988B2 (en) * | 2002-07-08 | 2005-02-15 | Viciciv Technology | Semiconductor switching devices |
US6788576B2 (en) * | 2002-10-28 | 2004-09-07 | Tower Semiconductor Ltd. | Complementary non-volatile memory cell |
US7008833B2 (en) * | 2004-01-12 | 2006-03-07 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | In2O3thin film resistivity control by doping metal oxide insulator for MFMox device applications |
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US6862216B1 (en) * | 2004-06-29 | 2005-03-01 | National Semiconductor Corporation | Non-volatile memory cell with gated diode and MOS transistor and method for using such cell |
US6985386B1 (en) * | 2004-07-08 | 2006-01-10 | National Semiconductor Corporation | Programming method for nonvolatile memory cell |
US8288813B2 (en) * | 2004-08-13 | 2012-10-16 | Infineon Technologies Ag | Integrated memory device having columns having multiple bit lines |
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