JP6400536B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents
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- H10B43/23—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels with source and drain on different levels, e.g. with sloping channels
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-
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-
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-
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Description
図1は、第1の実施の形態の半導体記憶装置100の構造の一例を模式的に示す斜視図である。半導体記憶装置100は、メモリセルアレイ11、ワード線駆動回路12、ソース側選択ゲート線駆動回路13、ドレイン側選択ゲート線駆動回路14、センスアンプ15、ワード線WL、ソース側選択ゲート線SGS、ドレイン側選択ゲート線SGD、ビット線BL、ワード線配線部などを有している。
酸化物半導体層102は、n型酸化物半導体から構成されるn型酸化物半導体層106と、p型酸化物半導体から構成されるp型酸化物半導体層107との積層構造を有している。また、本実施の形態においてはn型酸化物半導体層106が外側に配置され、その内側にp型酸化物半導体層107が配置されている。
この条件を満たすために用いられるコンタクトメタルCMの材料としては、例えば、InZnO、InSnO、Ti,Mo,Au、GaZnO、Al、ZnO、Pt、Ni、Sn又はこれらの組み合わせ等が用いられる。
なお、上記の材料については、前述のチャネル(半導体層102)上部に配置されるコンタクトについても同様のものを使用できる。
上述した、第1の実施形態の半導体記憶装置の動作(書き込み動作、消去動作、読み出し動作)の一例を説明する。以下の説明では、複数のメモリセルMCのうち1つを選択して書き込み、読み出し動作を行う場合を説明する。また、まず各々の動作について前出の等価回路を用いて説明した後、その原理について酸化物半導体の特性と共に説明する。
図7に示すように、書き込み時においては選択したメモリセルMC(選択メモリセル)に対応する選択ワード線AL2にプログラム電圧(Vpgm)を転送し、選択ビット線BL1に0Vを転送する。この場合、選択ビット線BL1では電子によって0Vが転送される。選択セルのゲート―チャネル間電圧差により選択メモリセルの電荷蓄積層に電子が注入され閾値がシフトする。すなわち、書き込みが実行されることになる。このとき、選択ビット線BL1に転送される電子はn型酸化物半導体106中を流れる。この理由については後述する。また、選択されていないワード線WL1、WL3〜6(非選択ワード線)には書き込みパス電圧Vpassが転送されており、選択ビット線BL1に接続されたメモリセルMCのうち選択メモリセル以外のメモリセルMC(非選択メモリセル)には書き込まれない。
消去動作は、選択したメモリセルMCの属するページ全体に対して同時に行われる。図8に示すように、消去時においては全てのワード線WL1〜6の電位を例えば0Vにし、選択ビット線BL1にVcc(>0V)を転送する。この場合選択ビット線BL1はホールによってVccが転送される。選択メモリセルのゲート―チャネル間電圧差により選択メモリセルの電荷蓄積層にホールが注入され閾値がシフトする。即ち、消去が実行されることになる。このようにして、メモリセルMCのチャネルである酸化物半導体層にゲートであるワード線WLより高い電圧を与えることによって消去動作が行われる。このとき、選択ビット線BL1に転送されるホールはp型酸化物半導体中を流れる。この理由については後述する。
図9に示すように、読み出し時においては読み出し対象のメモリセルMCに対応する選択ワード線WL2の電位を0Vにし、非選択ワード線WL1、WL3〜6にVreadを転送する。そして、選択ビット線BL1に電流が流れるか否かによって選択メモリセルの書き込み状態を読みだす。この時に選択ビット線BL1に流れる電流は書き込み動作時と同様に電子が担うためn型酸化物半導体中を流れる。
(酸化物半導体の特性)
次に、酸化物半導体の特性について説明する。酸化物半導体は、すでに説明した通りある特定の物質と酸素との化合物であるが、以下に説明するような特性を有する。
[第2の実施の形態]
図14は、第2の実施の形態の半導体記憶装置のメモリセルを含んだ部分の構造を示す概略断面図である。
第2の実施の形態の半導体記憶装置は、第1の実施の形態の半導体記憶装置と概ね同一の構造を有しているが、酸化物半導体層102の構造が第1の実施の形態とは異なっている。
[第3の実施の形態]
以上では、メモリセルが基板表面と交差する方向に複数積層された三次元型の半導体装置について説明したが、これ以外の構造も採用できる。
[第4の実施の形態]
これまでに説明した第1から第3の実施の形態における半導体記憶装置は、基板上にメモリセルが3次元状に配置された3次元構造を有していた。しかし、この第4の実施の形態においては、メモリセルが基板上に2次元的に配列された2次元構造を有している点で上記の実施の形態と異なっている。
[変形例]
Claims (16)
- メモリセルを備え、
前記メモリセルは、酸化物半導体層と、ゲート電極と、当該酸化物半導体層と当該ゲート電極との間に配置された電荷蓄積層と、を備え、
前記酸化物半導体層は、n型酸化物半導体層とp型酸化物半導体層との積層構造を含み、
前記酸化物半導体層の一部にはコンタクト層が配置され、
前記n型酸化物半導体層は、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)及び酸素(O)を含有し、
前記p型酸化物半導体層は、スズ(Sn)及び酸素(O)を含有し、
前記コンタクト層は、酸化インジウムスズ(ITO)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)及び金(Au)のうち少なくとも1つを含む
ことを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記メモリセルへの書き込み動作及び消去動作を行う制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記電荷蓄積層に蓄積されたデータを消去する際は、前記酸化物半導体層に前記ゲート電極より高い電圧を与える
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記メモリセルを複数備え、
前記電荷蓄積層は、前記複数のメモリセルに跨って配置されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。 - 前記酸化物半導体層は、前記電荷蓄積層側からn型酸化物半導体層とp型酸化物半導体層とがこの順に設けられた構造を含む
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体記憶装置。 - 前記酸化物半導体層は、前記電荷蓄積層側からp型酸化物半導体層とn型酸化物半導体層とがこの順に設けられた構造を含む
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体記憶装置。 - 前記半導体記憶装置は、
基板を備え、
前記酸化物半導体層が前記基板上に配置され、前記電荷蓄積層が前記酸化物半導体層の上に配置され、前記ゲート電極が前記電荷蓄積層の上に配置された構造である
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体記憶装置。 - 複数のメモリセルを備え、
前記複数のメモリセルは、
複数積層された導電層と、
前記複数の導電層の側面に沿って配置された電荷蓄積層と、
前記電荷蓄積層の前記導電層と反対側の側面に沿って配置された酸化物半導体層と、を備え、
前記酸化物半導体層は、n型酸化物半導体層とp型酸化物半導体層との積層構造を含み、
前記酸化物半導体層は、前記導電層が積層された方向に延び、かつ前記n型酸化物半導体層と前記p型酸化物半導体層のうち一方が他方の周囲を取り囲む
ことを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記メモリセルへの書き込み動作及び消去動作を行う制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記電荷蓄積層に蓄積されたデータを消去する際は、前記酸化物半導体層に前記導電層より高い電圧を与える
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体記憶装置。 - 前記電荷蓄積層は、前記複数のメモリセルに跨って配置されている
ことを特徴とする請求項7又は8に記載の半導体記憶装置。 - 前記酸化物半導体層は、前記電荷蓄積層側からn型酸化物半導体層とp型酸化物半導体層とがこの順に設けられた構造を含む
ことを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載の半導体記憶装置。 - 前記酸化物半導体層は、前記電荷蓄積層側からp型酸化物半導体層とn型酸化物半導体層とがこの順に設けられた構造を含む
ことを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載の半導体記憶装置。 - 前記n型酸化物半導体層は、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)及び酸素(O)を含有し、
前記p型酸化物半導体層は、銅(Cu)及びスズ(Sn)のうち少なくとも1つ及び酸素(O)を含有する
ことを特徴とする請求項7乃至11のいずれかに記載の半導体記憶装置。 - 前記酸化物半導体層の一部にはコンタクト層が配置され、
前記n型酸化物半導体層は、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)及び酸素(O)を含有し、
前記p型酸化物半導体層は、スズ(Sn)及び酸素(O)を含有し、
前記コンタクト層は、酸化インジウムスズ(ITO)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)及び金(Au)のうち少なくとも1つを含む
ことを特徴とする請求項7乃至12のいずれかに記載の半導体記憶装置。 - 前記酸化物半導体層の一部には、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウムスズ(ITO)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、金(Au)、酸化ガリウム亜鉛(GZO)、アルミニウム(Al)、酸化亜鉛(ZnO)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)及びスズ(Sn)のうち少なくとも1つを含むコンタクト層が配置されている
ことを特徴とする請求項7乃至12のいずれかに記載の半導体記憶装置。 - 前記n型酸化物半導体層は、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)及び酸素(O)を含有し、
前記p型酸化物半導体層は、銅(Cu)及び酸素(O)を含有し、
前記コンタクト層は、酸化インジウム亜鉛(IZO)及び金(Au)のうち少なくとも1つを含む
ことを特徴とする請求項14に記載の半導体記憶装置。 - 複数のメモリセルを備え、
前記複数のメモリセルは、
複数積層された導電層と、
前記複数の導電層の側面に沿って配置された電荷蓄積層と、
前記電荷蓄積層の前記導電層と反対側の側面に沿って配置された酸化物半導体層と、を備え、
前記酸化物半導体層は、n型酸化物半導体層とp型酸化物半導体層との積層構造を含み、
前記酸化物半導体層の一部にはコンタクト層が配置され、
前記n型酸化物半導体層は、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)及び酸素(O)を含有し、
前記p型酸化物半導体層は、スズ(Sn)及び酸素(O)を含有し、
前記コンタクト層は、酸化インジウムスズ(ITO)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)及び金(Au)のうち少なくとも1つを含む
ことを特徴とする半導体記憶装置。
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