JPH02290080A - 書込み専用半導体記憶装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は半導体記憶装置に関するものであり、詳しくは
アモルファスシリコンの非可逆的な導電特性を利用した
書込み専用半導体記憶装置に関するものである。

〔従来の技術および解決しようとする課題〕従来、アモ
ルファス半導体装置として、ＧｅＳｅ−Ｔｅの如きアモ
ルファス半導体の電気的スイッチ特性が可逆的な事を利
用して、記憶装置やスイッチ回路装置として一部実用に
供されていた。

しかし、従来のアモルファス半導体装置のスイッチ特性
は結晶の構造変化を伴うらしい事が判って以来、スイッ
チ素子としての信頼度に疑問が生じ、必ずしも実用化の
拡大につながっていないのが現状である。アモルファス
半導体においてＧｅをベースとするアモルファス半導体
は比抵抗が小さい。従ってこれを配線に用いると配線が
切断（ＯＦＦ）の状態でもリーク電流が大きく実用にな
らない。一方、アモルファスシリコンの比抵抗は１０７
〜１０１°Ω−ｃｍと高く、アモルファスシリコンで接
続してもリーク電流は小さい。

しかるに、アモルファス半導体の特性として、必ずしも
可逆的な電気的特性のみならず非可逆的な電気特性をも
つものもあり、その非可逆特性を利用することにより、
信頼度の高い記憶装置として実用し得ることを本発明者
は見つけた。

すなわち、本発明者は、第１図に模式的に示す如く、ア
モルファスシリコン１を電極２．３で挟んで、その電圧
一電流特性をとると、第２図に示すように、印加電圧の
上昇に伴い、電流は非綿形で上昇し、あるしきい値電圧
Ｔで状態Ａから状態Ｂにスイッチし、以後、逆方向電圧
を印加しても、この状態は元に戻らず非可逆スイッチ特
性が得られることを見つけた。

上記アモルファスシリコン１としては、ＣＶＤ法により
得た多結晶シリコンにＡｓ，Ｐ，Ｂ等のイオン打込みを
行なったり、Ａｓ，Ｐ，Ｂ等を予めドープしたＣＶＤ多
結晶Ｓｉ膜にＡｒ等の不活性ガスをイオン打込みしたり
して得られる完全アモルファス状態のもの、その完全化
の途中段階での不完全又は準アモルファス状態のもの、
あるいは、真空蒸着等によって得た不純物を含んだもの
とすることができ、これらのいずれの製法によるもので
も第２図に示す非可逆スイッチ特性を得ることができた
。

第２図に示す非逆スイッチ特性のしきい値電圧Ｔはアモ
ルファスシリコン膜の膜厚が減少すると下降し、又アモ
ルファスシリコン膜中の不純物濃度の増大により低下し
、完全アモルファス状態よりも準アモルファス状態の方
が低い値となった。

上記の現象を説明すると、アモルファス状態のシリコン
に電流を通じることにより、アモルファスシリコン中に
含まれた不純物が熱により活性化されると共に、アモル
ファスシリコンの短範囲規則性が熱により長範囲規則性
をもつこととなり、結晶化が起こるために、当初不良電
導体があったアモルファスシリコンが良電導体である結
晶性シリコンへと変位すると考えられる。この現象には
上記、イオン化と結晶化の２つの過程が加わったもので
あるが、その状態には途中段階があり、それによってＶ
−１特性のしきい値電圧や電流値が異なると共に、電圧
をパルス的に印加する場合にはパルス巾（時間）を短く
すると、途中状態での特性保持を行なうこともでき、パ
ルス電圧を高くすると短時間でスイッチすることもでき
る。

本発明の課題は、かかるアモルファスシリコンの非可逆
スイッチ作用を利用して書き込み専用の半導体記憶装置
を実現し、これによって、低電圧で書き込み可能な高集
積度の電気的に書き込み可能な読み出し専用半導体記憶
装置を実現することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を達成するための本発明の書込み専用半導体
記憶装置は、第１の配線層と、第２の配線層と、これら
の配線層の間に形成されたアモルアスシリコン層とを有
し、このアモルファスシリコン層は、前記第１および第
２の配線層の間の少なくとも一部分に配置されており、
このアモルファスシリコン層の電気特性は、所定値の電
圧を印加することにより、非導通状態から導通状態へと
非可逆的に変化可能であることを特徴としている。

〔実施例〕

以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。

第３図と第４図は本発明の基本構成を示す模式図、第５
図と第６図は本発明の具体例を示す断面図である。

第３図は、本発明の基本概念を示す一例であり、金属電
極配線Ｉ　ＸＩ＋　　Ｉ　Ｘ２＋’　Ｉ　ＹＩ＋　　Ｉ
　Ｖ２が各々Ｘ方向及びＹ方向に交叉する様に配され、
その交点に非可逆アモルファスシリコンＤｌｌ，Ｄ２１
，Ｄ１２，Ｄ２２がサンドインチ上にはさまれて配され
ている。この場合、例えばＩ　Ｙｌ＋　　１　ｘ＋の電
極に引出し電極、■ｌ’ｌ＋　　ＶＸＩに電圧を印加す
ると、Ｄ１１は当初不良導通状態にあったものが、良導
通状態となり、その他のＤ２１，Ｄ１２，Ｄ２２は不良
導電状態のまま保持され、例えばＤｌｌが“１”’、Ｄ
２１，Ｄ１２，Ｄ２２が“０゜゛の情報が書き込まれた
状態となる。この様にＤ２１，ＤＩ？，Ｄ２２に情報を
書き込むには、それぞれの交点に連らった電極のＸ方向
とＹ方向とに電圧を印加することとなる。

第４回は、本発明の基本概念を示す別の例であり、アモ
ルファスシリコン膜Ｄの表面の上下にＸＹ方向に交叉す
る電極１■＋　　Ｉ　Ｘ２１　　１　！／Ｉ＋　　’　
ｙ２を配し、前記と同様に例えばｖｘｌと■ｙ１とに電
圧を印加すると、その交点のアモルファスシリコン膜が
良導通状態となる。この場合、アモルファスシリコン膜
自体は不良導連体であるので、隣接する交点に対しては
、電圧が印加された電極の交点部の影響は及ばない。

第５図は第３図の概念図を実用化した実施例であり、Ｓ
ｉ基板２１の表面に形成された拡散配線層２２と２３、
その上に形成された絶縁膜２４に開けられたコンタクト
穴を通して部分的に形成されたアモルファスシリコン層
２５と２６、ＡＩ電極配線層２７が形成されて成り、拡
散配線層２２２３が前記第３図のＸ方向配線、ＡＩ電極
配線２７がＹ方向配線に対応して、その交点のアモルフ
ァスシリコン膜部分２５．２６が記憶部として作用する
。

第６図は第４図の概念図を実用化した実施例である。図
に示すように、Ｓｔ基板１１の表面に形成された拡散配
線層１２と１３、その上に形成された絶縁膜１４に開け
られたコンタクト穴を通して、アモルファスシリコン膜
１５、Ａ　Ｉ　電極配線層ｌ６が形成されて成り、拡散
配線層１２．１３が第４図の概念図のＸ方向配線、ＡＩ
電極配線６がＹ方向配線に対応しており、その交点のア
モルファスシリコン部が記憶部として作用する。

なお、上記の各実施例においては、基板にＳｉ基板を用
いているが、基板はガラスやサファイヤ等の絶縁質基板
であっても良く、その上に電極配線を行なっても良い。

また、アモルファスシリコン層を第６図において番号２
２．２３で示す拡散配線層上からイオン打込み処理を施
して半導体基板表面に形成しても良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明においては、所定値の電圧
を印加することにより非可逆的な電導特性を示すアモル
ファスシリコンを、記憶部として機能する第１および第
２の配線層の交差接続部分に配置した構成を採用してい
る。従って、本発明によれば、この記憶部に所定値の電
圧を印加するという操作によりその部分に書込みを行う
ことができる。また、アモルファスシリコンは、比抵抗
が他のアモルファス半導体と比べて高いので、このよう
に書込みされた記憶部分のリーク電流が小さく、さらに
は、低電圧で書込み動作を行うことができるなどの利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、第２図はその電気的基本
特性を示す特性線図、第３図および第４図はそれぞれ本
発明の基本構成を示す模式図、第５図および第６図はそ
れぞれ本発明の具体例を示す断面図である。 〔符号の説明〕 １，Ｄｌｌ，Ｄ２１，Ｄ１２，Ｄ２２，Ｄ，１５，２５
・・・アモルファス半導部、 ？．　　３，　　１．■，　ＩＸ７ １６．　　２２，　　２３，　　２ １１．２１・・・基板、 １４．２４・・・絶縁膜。 １ｙ＋，　　ｌｙｚ，　　１２ ７・・・電極配線、 ２．発明の名称 ３．補正をする者 事件との関係 平成　２年　５月２３日 宮　　殿 平成　２年　４月２６日提出の特許願（１）書込み専用
半導体記憶装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の配線層と、第２の配線層と、これらの配線層の間
   に形成されたアモルアスシリコン層とを有し、このアモ
   ルファスシリコン層は、前記第１および第２の配線層の
   間の少なくとも一部分に配置されており、このアモルフ
   ァスシリコン層は、所定値の電圧を印加することにより
   、非電導状態から電導状態へと非可逆的に変化可能であ
   ることを特徴とする書込み専用半導体記憶装置。