JPH03123083A - Semiconductor memory element - Google Patents

Semiconductor memory element

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JPH03123083A
JPH03123083A JP1260996A JP26099689A JPH03123083A JP H03123083 A JPH03123083 A JP H03123083A JP 1260996 A JP1260996 A JP 1260996A JP 26099689 A JP26099689 A JP 26099689A JP H03123083 A JPH03123083 A JP H03123083A
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semiconductor
carrier trapping
wide gap
conductive
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Yutaka Hayashi
豊 林
Isao Sakata
功 坂田
Kazuhiko Matsumoto
和彦 松本
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Abstract

PURPOSE:To enable data to be rewritten at a high speed and to make a rewrite voltage low so as to enable a memory element of this design to approximate to a RAM by a method wherein the memory element is so structured as to have a specific energy band diagram characteristic conforming to the structure of a semiconductor memory element in which data is electrically rewritable. CONSTITUTION:A first conductive region E is negatively biased, whereby electrons are injected from the first conductive region E into a carrier trapping region C taking advantage of the change of the conduction band end of a second wide gap region D in average gradient. Then, when the bias is removed from the region E, a band profile reverts as shown in the Figure, so that injected electrons can be kept in a well correspondent to the carrier trapping region C and a memory stored after one of binary logical values is written can be realized. On the contrary, when the first conductive region E is positively biased, holes are injected from the region E into the carrier trapping region C through the intermediary of the second wide gap region D to potentially neutralize the previously stored electrons. Thereafter, when the bias voltage is removed from the region E, a band profile reverts as shown in the Figure and the stored logical value is electrically erased.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、断面構造的には、情報の書込みはもとより消
去も電気的になし得る半導体記憶素子、すなわち情報の
電気的な書替えが可能な半導体記憶素子であるEEPR
OMないしEAROM素子の構造に準じながらも、特に
情報の電気的な書込み、消去速度(結局は両者総合して
書替え速度)を高速化すると共に、書替え電圧について
もこれを低電圧化することにより、要すればダイナミッ
クRAM (DRAM)ないしはそれに準する使い方も
可能であって、かつ、将来の超高集積密度化に伴う素子
単体の超小型化にも十分耐え得る半導体記憶素子に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor memory element in which information can be electrically written and erased in terms of cross-sectional structure, that is, information can be electrically rewritten. EEPR, a semiconductor memory element
Although it conforms to the structure of OM or EAROM elements, it particularly increases the electrical writing and erasing speed of information (ultimately, the rewriting speed is the sum of both), and also lowers the rewriting voltage. The present invention relates to a semiconductor memory element that can be used as a dynamic RAM (DRAM) or similar, if necessary, and that can withstand ultra-miniaturization of individual elements as a result of future ultra-high integration densities.

[従来の技術] 周知のように、この種の情報記憶分野では、これまでの
所、記憶に用いる素子は大きく分けて読出し専用メモリ
(ROM)タイプとランダム・アクセス・メモリ(RA
M)タイプとになっているが、将来的には両者の統一が
望まれている。
[Prior Art] As is well known, in this type of information storage field, the elements used for storage are broadly divided into read-only memory (ROM) types and random access memory (RA) types.
M) type, but it is hoped that the two will be unified in the future.

つまり、一般にEEPROMとかEAROMと呼ばれて
いるように、情報の書込みはもとより消去も電気的にな
し得る既存の半導体記憶素子において、情報書込み速度
ないし書替え速度を十分に高速化し、かつそれらに要す
る電圧を大いに低電圧化すれば、そのような素子は必要
に応じ、現在用いられているRAM素子に取って代わる
ことがで詮る。換言すれば、年単位での長期の情報記憶
が可能な回路としても、またランダム・アクセスが必要
な回路としても、そのような素子が開発されれば、全く
同一の素子構造で必要に応じ、それら両回路を任意に構
築可能となり、その合理性の持つ波及効果は計り知れな
いものがある。当然、現在は必要とされているRAMの
リフレッシュ回路やバック・アップ電池回路等も全く不
要になる。
In other words, in existing semiconductor memory devices, generally called EEPROMs and EAROMs, in which information can be written and erased electrically, the information writing speed or rewriting speed can be sufficiently increased, and the voltage required for this can be sufficiently increased. By reducing the voltage to a much lower level, such a device could replace currently used RAM devices, if necessary. In other words, if such an element is developed, it can be used as a circuit that can store information for a long period of time on a year-by-year basis, or as a circuit that requires random access. Both of these circuits can now be constructed arbitrarily, and the ripple effects of their rationality are immeasurable. Naturally, the RAM refresh circuit, backup battery circuit, etc. that are currently required become completely unnecessary.

方で、既存のDRAMについて考えると、この素子では
MOSキャパシタとかpn接合キャパシタ等、適当なる
キャパシタ手段に電荷を選択的に蓄積して情報の記憶を
行なうようになっており、キャパシタ手段への電荷の出
し入れはMOSトランジスタをスイッチとして用いて行
なっている。
On the other hand, if we consider existing DRAMs, this device stores information by selectively accumulating charge in a suitable capacitor means such as a MOS capacitor or a pn junction capacitor. The input and output is performed using a MOS transistor as a switch.

したがって、MOSトランジスタのソース、ドレインに
はオフ時でもpA程度のオーダの漏洩電流が流れるため
、情報として蓄積された電荷が変化するので、どうして
もリフレッシュ動作が必要となるが、一方ではまた、将
来、サブ・ミクロン・オーダ以下の設計ルールに基づく
超高集積密度化が要求されてくると、キャパシタ手段に
おける電荷蓄積容量は極端に微小化し、その結果、情報
はそれを読出ずときのスイッチ雑音に埋もれてしまい、
また記憶保持時間も短くなってしまうので、今迄のまま
の構成原理では到底、使用不能と9 なる。
Therefore, a leakage current on the order of pA flows through the source and drain of a MOS transistor even when it is off, which changes the charge stored as information, making a refresh operation inevitable. As ultra-high integration densities are required based on design rules of sub-micron order or less, the charge storage capacity of capacitor means becomes extremely small, and as a result, information is buried in switching noise when it is not read out. I ended up
In addition, the memory retention time will be shortened, making it impossible to use the current configuration principle.

さらに、超高集積密度を果たす上での構造的要因として
も、このようなりRAM素子は原理上、少なくとも一つ
のキャパシタ手段と一つのスイッチ手段(トランジスタ
)の組合せという三素子構成で単位の記憶部を構成する
に限られるが、できれば−素子で単位の記憶セルを構成
したい。
Furthermore, as a structural factor in achieving ultra-high integration density, in principle, such a RAM element has a three-element configuration consisting of a combination of at least one capacitor means and one switch means (transistor). However, if possible, we would like to configure a unit memory cell with elements.

そこで、最初に述べたように、EEPROMEPROM
構造低電圧化に関し、これまでも種々の研究がなされて
きた実情にあるが、今迄の所はまだまだ、RAM素子に
は到底、立ち打ちできないレベルに留まフている。
Therefore, as mentioned at the beginning, EEPROMEPROM
The reality is that various studies have been carried out on lowering the structural voltage, but so far the results have remained at a level that cannot be applied to RAM devices.

さらに、このEEFROMについても、将来的なより一
層の微小化は同様に要求されているから、上記のような
電気的特性上の問題としての高速化、低電圧化以外にも
、小型化に耐える(超微細化しても十分な情報記憶能力
のある)構造の開発や、他の種々現実的な要請、例えば
生産性等も考慮されねばならない。
Furthermore, EEFROMs will also be required to be further miniaturized in the future, so in addition to the electrical characteristics issues mentioned above such as higher speeds and lower voltages, there will also be a need for EEFROMs to withstand miniaturization. Development of a structure (that has sufficient information storage capacity even when miniaturized) and various other practical requirements, such as productivity, must also be taken into consideration.

こうした中で、最近の研究ないし発表の中から 0 本発明に関係すると思われるものを挙げると、本発明者
の一部が関与して成された特開昭59−99754号公
報中に一実施例として開示された半導体装荷や、F、C
AP八SへO等により開示されたもので、°°新フロー
ティングーゲート構造メモリデバイス′。
Among these, recent research and publications that are considered to be related to the present invention are listed below. Semiconductor loading disclosed as an example, F, C
A novel floating-gate structure memory device' was disclosed by AP8S et al.

と呼んテイルような発表(IEEE ELECTRON
 DEVICELETTER5,VOL、9. No、
8.1988年8月)がある。
An announcement like a tail (IEEE ELECTRON)
DEVICE LETTER5, VOL, 9. No,
8. August 1988).

前者は、主として集積回路に要求される絶縁膜と等価な
電気的機能を半導体単結晶で達成するための工夫であり
、その一つの実施例として、単結晶層内に埋め込まれた
フローティングーゲー]・構造を有する不揮発性メモリ
を開示している。
The former is mainly a device to achieve electrical functions equivalent to an insulating film required for integrated circuits using a semiconductor single crystal, and one example of this is a floating gate embedded in a single crystal layer. - Discloses a nonvolatile memory having a structure.

一方、後者は、電気的な書替えも一応は考慮したが成功
せず、結局は電気的な書込みのみが可能で、消去は光照
射によるいわゆるEPROM構造ではあるが、記憶メカ
ニズムに係る積層構造のエネルギ・バンド・ダイアグラ
ムにおける工夫として、特定の領域における伝導体端に
勾配を付け、バイアス電圧の印加時にキャリア(電子)
を注入し易い構造を開示している。
On the other hand, for the latter, although electrical rewriting was considered, it was not successful, and in the end, only electrical writing is possible, and erasing is done by light irradiation in a so-called EPROM structure, but the energy of the stacked structure related to the storage mechanism is・As a device for band diagrams, a slope is added to the conductor edge in a specific region, and when a bias voltage is applied, carriers (electrons)
Discloses a structure that is easy to inject.

[発明が解決しようとする課題] 上記した特開昭59−99754号公報中に開示の半導
体装置では、フローティング・ゲートを取囲むのに絶縁
膜の代わりに半導体単結晶を使用し得たことの利点、例
えば、原理上、トラッピングがないために書替え回数を
極めて多く採ることができる等の利点はあるが、書込み
や書替えメカニズム自体はこれまでの公知既存のフロー
ティング・ゲート・デバイスと余り変わはなく、未だよ
り一層の高速化、低電圧化には検討の余地があった。
[Problems to be Solved by the Invention] In the semiconductor device disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 59-99754, it is possible to use a semiconductor single crystal instead of an insulating film to surround the floating gate. Although there are some advantages, such as the fact that there is no trapping in principle and the number of rewrites can be extremely large, the writing and rewriting mechanism itself is not much different from conventional floating gate devices. However, there was still room for further investigation into higher speeds and lower voltages.

方、後者のF、CAPASSO等によるフローティング
・ゲート・デバイスでは、書込みの高速化に寄与する点
は認め得ても、上記のように書替えが電気的に行なえな
い点で致命的な欠陥がある。
On the other hand, although the latter floating gate devices such as F and CAPASSO contribute to faster writing, they have a fatal flaw in that rewriting cannot be performed electrically as described above.

本発明はこのような状況の下になされたもので、将来の
EEPROMの完全なるRAM化に継がる研究過程、素
子開発過程における一つの重要な布石として、構造的に
はEEPROM構造でありながら、まずは従来のそうし
たEEPROM素子のより一層の高速化、低電圧化を果
たし、またこれによってRAM化の可能性を追及し得る
半導体記憶素子を提供することを第一義として成された
ものである。
The present invention was made under these circumstances, and as an important stepping stone in the research and device development processes that will lead to the complete conversion of EEPROMs to RAM in the future, the present invention is designed to The first objective was to provide a semiconductor memory element that could achieve higher speed and lower voltage than the conventional EEPROM element, and thereby could be used as a RAM.

さらに、EEPROM素子の記憶保持能力を仮にある程
度犠牲にすることはあっても、上記のように高速化と低
電圧化を果たすことにより、既述したように極めて微細
化して行くとこのままでは機能し得なくなることが明ら
かな既存のDRAM素子の代わりとして、将来的にも十
分に使用可能な半導体記憶素子を提供せんとするもので
ある。
Furthermore, even if the memory retention capacity of the EEPROM element is sacrificed to some extent, by increasing the speed and lowering the voltage as mentioned above, it will continue to function as it is if it is extremely miniaturized as mentioned above. The present invention aims to provide a semiconductor memory element that can be used satisfactorily in the future as a replacement for the existing DRAM element, which is clearly no longer available.

[課題を解決するための手段] 本発明は上記目的を達成するため、まずは構造的な基本
構成として、 ■−1:第一の半導体領域とキャリア捕獲領域との間に
挟まれ、エネルギ・バンド・ダイアダラム上でキャリア
捕獲領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャッ
プ部分を少なくとも一部に有する第一の広ギヤツプ領域
: 3 ■−2二上記キャリア捕獲領域と第一の導電領域との間
に挟まれ、エネルギ・バンド・ダイアダラム上でキャリ
ア捕獲領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャ
ップ部分を少なくとも一部に有する第二の広ギヤツプ領
域; の双方を有して成る基本構成を提案する。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, the present invention first has the following basic structural configurations: ■-1: An energy band sandwiched between a first semiconductor region and a carrier trapping region. - A first wide gap region having at least a part of the band gap larger than the band gap of the carrier trapping region on the diadarum: 3 ■-2 2 Between the carrier trapping region and the first conductive region We propose a basic configuration comprising: a second wide gap region sandwiched therebetween, and having at least a part of the band gap region larger than the band gap of the carrier capture region on the energy band diaphragm;

ここで、便宜のため、上記構成要件■−1,■−2から
成る本発明の構造的な基本構成部分を基本構造■とする
と、これに次の構成要件■を加えて本発明の第一発明と
する。
Here, for convenience, let us assume that the structural basic component of the present invention consisting of the above-mentioned constituent elements ■-1 and -2 is called the basic structure ■, and then add the following constituent element ■ to the basic structure Invention.

■:第二の広ギャップ領域の伝導帯端はキャリア捕獲領
域に近付くに従ってエネルギ・レベルが高まる勾配を持
ち、価電子帯端はキャリア捕獲領域に近付くに従ってエ
ネルギ・レベルが低下する勾配を持つこと。
■: The conduction band edge of the second wide gap region has a gradient in which the energy level increases as it approaches the carrier trapping region, and the valence band edge has a gradient in which the energy level decreases as it approaches the carrier trapping region.

ただし、上記における伝導帯端や価電子帯端に関する゛
勾配”とは、本書の全文を通じ、直線状、曲線状に連続
的な変化を示すものの外、非連続的な変化、例えば階段
状に変化を示すものも含 4 み、要は、問題としている領域の両端部間でそれら伝導
帯端や価電子帯端にエネルギ・レベル差が認められ、大
局的に見ると全体として勾配を持つような変化を示して
いる状態の表現である。
However, throughout the entire text of this book, the term "gradient" related to the conduction band edge or valence band edge mentioned above refers to not only a continuous change in a linear or curved shape, but also a discontinuous change, such as a step-like change. 4 In short, there is a difference in energy level at the conduction band edge and valence band edge between the two ends of the region in question, and when viewed from a broader perspective, there is a gradient as a whole. It is an expression of a state that shows a change.

しかるに、基本構造■はそのままであるが、」1記の構
成要件■に代え、次の構成要件■を用いると、本発明の
第二の発明となる。
However, although the basic structure (2) remains the same, if the following constituent feature (2) is used in place of the constituent feature (1), the second invention of the present invention is obtained.

■:第一の広ギャップ領域の伝導帯端はキャリア捕獲領
域に近付くに従ってエネルギ・レベルが高まる勾配を持
ち、価電子帯端はキャリア捕獲領域に近付くに従ってエ
ネルギ・レベルが低下する勾配を持つこと。
■: The conduction band edge of the first wide gap region has a gradient in which the energy level increases as it approaches the carrier trapping region, and the valence band edge has a gradient in which the energy level decreases as it approaches the carrier trapping region.

ただし、この要件■を組合せる場合、これも後に明らか
なように、第一の半導体領域の側からその導電型とは逆
符号(逆極性)のキャリアをも注入ないし引き出し可能
にするか、あるいはまた、両極性のキャリアを直接に注
入したり引き出したりすることを可能にするため、上記
した基本構成要件■−1,■−2に加え、さらに次の構
造的構成要件■−3も必須となる。
However, when this requirement (2) is combined, as will become clear later, carriers of the opposite sign (opposite polarity) to the conductivity type of the first semiconductor region must also be injected or drawn out from the side of the first semiconductor region, or Additionally, in order to make it possible to directly inject and extract bipolar carriers, in addition to the basic structural requirements ■-1 and ■-2 mentioned above, the following structural structural requirement ■-3 is also required. Become.

■−3第一の広ギャップ領域と第一の半導体領域の一方
または双方に接するか、あるいは第一の半導体領域に接
しながらキャリア捕獲領域に対向する第二の導電領域。
(3) A second conductive region that is in contact with one or both of the first wide gap region and the first semiconductor region, or is in contact with the first semiconductor region and faces the carrier trapping region.

これに対し、上記構成要件■−1,■−2と構成要件■
の組合せの場合と同様に、この第二導電領域■−3は組
合せることはで診るが必須の構成要件としなくても良く
、かつ当該構成要件■に代えて構成要件■−1,■−2
と選択的に組合せ得る他の構成要件として、本発明では
さらに次のような構成要件群■、■、■、■、■、■も
開示する。
In contrast, the above configuration requirements ■-1, ■-2 and configuration requirements ■
As in the case of the combination of , this second conductive region ■-3 can be combined with, but does not have to be an essential component, and instead of the component ■, the component ■-1, ■- 2
As other constituent elements that can be selectively combined with the above, the present invention further discloses the following constituent element groups (1), (2), (2), (2), (2), (2).

■:第一の広ギャップ領域の伝導帯端はキャリア捕獲領
域に近付くに従ってエネルギ・レベルが高まる勾配を持
ち; かつ、第二の広ギャップ領域の伝導帯端はキャリア捕獲
領域から離れるに従ってエネルギ・レベルが高まる勾配
を持つこと。
■: The conduction band edge of the first wide gap region has a gradient in which the energy level increases as it approaches the carrier trapping region; and the energy level of the conduction band edge of the second wide gap region increases as it moves away from the carrier trapping region. have an increasing gradient.

■=第一の広ギャップ領域の価電子帯端はキャリア捕獲
領域に近付くに従ってエネルギ・レベルが低下する勾配
を持ち; かつ、第二の広ギャップ領域の価電子帯端はキャリア捕
獲領域から離れるに従ってエネルギ・レベルが低下する
勾配を持つこと。
■ = The valence band edge of the first wide gap region has a gradient in which the energy level decreases as it approaches the carrier trapping region; and the valence band edge of the second wide gap region has a gradient that decreases as it moves away from the carrier trapping region. Having a gradient of decreasing energy level.

■:第一の広ギャップ領域の伝導帯端はキャリア捕獲領
域に近付くに従ってエネルギ・レベルが低下する勾配を
持ち; かつ、第二の広ギャップ領域の伝導帯端はキャリア捕獲
領域から離れるに従ってエネルギ・レベルが低下する勾
配を持つこと。
■: The conduction band edge of the first wide gap region has a gradient in which the energy level decreases as it approaches the carrier trapping region; and the conduction band edge of the second wide gap region has a gradient in which the energy level decreases as it moves away from the carrier trapping region. Having a gradient of decreasing levels.

■;第一の広ギャップ領域の価電子帯端はキャリア捕獲
領域に近付くに従ってエネルギ・レベルが高まる勾配を
持ち; かつ、第二の広ギャップ領域の価電子帯端はキャリア捕
獲領域から離れるに従ってエネルギ・レベルが高まる勾
配を持つこと。
■; The valence band edge of the first wide gap region has a gradient in which the energy level increases as it approaches the carrier trapping region; and the energy level of the valence band edge of the second wide gap region increases as it moves away from the carrier trapping region. - Having a gradient of increasing levels.

■:第一の広ギャップ領域の価電子帯端はキャリア捕獲
領域に近付くに従ってエネルギ・レベルが低下する勾配
を持ち; かつ、第二の広ギャップ領域の伝導帯端はキャリア捕獲
領域から離れるに従ってエネル7 ギ・レベルが低下する勾配を持つこと。
■: The valence band edge of the first wide gap region has a gradient in which the energy level decreases as it approaches the carrier trapping region; and the energy level of the conduction band edge of the second wide gap region decreases as it moves away from the carrier trapping region. 7. Having a gradient in which the GI level decreases.

■:第一の広ギャップ領域の伝導帯端はキャリア捕獲領
域に近付くに従ってエネルギ・レベルが高まる勾配を持
ち; かつ、第二の広ギャップ領域の価電子帯端はキャリア捕
獲領域から離れるに従ってエネルギ・レベルが高まる勾
配を持つこと。
■: The conduction band edge of the first wide gap region has a gradient in which the energy level increases as it approaches the carrier trapping region; and the valence band edge of the second wide gap region has a gradient in which the energy level increases as it moves away from the carrier trapping region. Having a gradient of increasing levels.

このような構成要件群により、本発明ではさらに、先に
述べた構成要件構成要件■−1,■−2と、上記構成要
件群■、■、■、■、■、■のどれか一つとを組合せた
六つの発明が提案されるが、先に挙げた構成要件■−1
,■−2と構成要件■の組合せ発明も含み、さらにこれ
らの各々に、上記構成要件■を満たす上では必須であっ
た構成要件■−3を付加した発明も提案し、一方ではま
た、それぞれの発明に次のような構成要件■−4,■−
5,■−6のどれか一つまたは二つ、あるいは全てを付
加した発明も提案する。
With such a group of constituent elements, the present invention further includes the above-mentioned constituent elements ■-1, ■-2, and any one of the above-mentioned constituent elements groups ■, ■, ■, ■, ■, ■. Six inventions are proposed that combine
, ■-2 and constituent feature ■, and also proposed an invention in which constituent feature ■-3, which was essential to satisfy the above constituent feature ■, was added to each of these inventions. The invention has the following constituent requirements ■-4, ■-
We also propose inventions that add one, two, or all of 5.-6.

■−4:第一の導電領域は厚味方向または面内方向に形
成された広義のpn接合を含むこと。
-4: The first conductive region includes a pn junction in a broad sense formed in the thickness direction or in-plane direction.

 8 ■−5:第一の導電領域とは電位的に分離された状態で
形成され、キャリア捕獲領域の電位を制御する電位制御
領域を有すること。
8 (1)-5: A potential control region is formed to be electrically isolated from the first conductive region and controls the potential of the carrier trapping region.

■−〇二第一の半導体領域と第一の広ギャップ領域とが
接している側とは対向する側において、当該第一の半導
体領域に接する第三の広ギャップ領域と、この第三の広
ギャップ領域に接して設けられた第三の導電領域とを有
すること。
■-〇2 On the side opposite to the side where the first semiconductor region and the first wide gap region are in contact, there is a third wide gap region in contact with the first semiconductor region and a third wide gap region in contact with the first semiconductor region. and a third conductive region provided in contact with the gap region.

そしてまた、上記のようにして定義される各発明におい
て、少なくとも上記第三広ギャップ領域や第三導電領域
に関する第三構成要件■−6と、すでに述べた第二導電
領域を定義する構成要件■−3とを共に有する発明に対
しては、さらに次の構成要件■−7を付加した発明を提
案する。
Furthermore, in each of the inventions defined as above, at least the third constituent feature ■-6 regarding the third wide gap region and the third conductive region, and the constituent feature ■ that defines the second conductive region already mentioned -3, we propose an invention that further adds the following constituent feature (1)-7.

■−7:第二の導電領域は互いに分離された第一部分と
第二部分とを有し、第一、第二部分のいずれか一方をソ
ース、他方をドレインとし、上記の第三導電領域をゲー
トとする電界効果トランジスタ構造を含むこと。
■-7: The second conductive region has a first part and a second part separated from each other, one of the first and second parts is used as a source, the other as a drain, and the third conductive region is Contains a field effect transistor structure as a gate.

[作  用] 構成要件■−1,■−2,■から成る最も基本的な本発
明においては、第一の導電領域をキャリア捕獲領域に対
し、相対的に負にバイアスすることで、上記構成要件■
中にて特定された関係で勾配付けられた第二広ギャップ
領域の伝導帯端がこのようなバイアス下で示すバンド・
ダイアダラム上での平均的な勾配の変化を利用し、当該
第一導電領域の側から第二広ギャップ領域を介し、電子
をキャリア捕獲領域中に注入することができ、その後、
当該バイアスを除去すれば、キャリア捕獲領域中に電子
が捕獲された第一の電気的状態として、バイナリ論理値
の一方の記憶状態を実現することができる。
[Function] In the most basic aspect of the present invention, which consists of constituent elements ■-1, ■-2, and Requirements■
Under such a bias, the conduction band edge of the second wide-gap region sloped with the relationship specified in
Using the change in the average gradient on the diadem, electrons can be injected into the carrier trapping region from the side of the first conductive region through the second wide gap region, and then,
If the bias is removed, one storage state of a binary logic value can be realized as a first electrical state in which electrons are trapped in the carrier trapping region.

換言すれば、この動作は二値論理情報の一方の論理値の
書込みに相当するか、その前に正孔が捕獲された状態で
あったならば、これを中和する動作となるので、二値論
理値情報の一方の論理値の消去または書替えに相当する
。あらかじめ述べて置くと、以下では一方を書込み動作
としたならば他方は消去動作と簡単に書くことにするが
、上記の通り、情報の書込みと消去は置換的に定義可能
である。ある論理値を電子または正孔に化体してキャリ
ア捕獲領域中に書込むに際し、以前に逆極性のキャリア
がキャリア捕獲領域に捕えられていれば、それは記憶さ
れている二値論理値の消去ないし書替え動作となる。
In other words, this operation corresponds to writing one logical value of binary logical information, or if holes were captured before that, it is an operation to neutralize this. This corresponds to erasing or rewriting one logical value of value logical value information. As stated in advance, in the following, if one is a write operation, the other will simply be written as an erase operation, but as mentioned above, writing and erasing information can be defined interchangeably. When a certain logic value is converted into an electron or a hole and written into the carrier capture region, if carriers of opposite polarity were previously captured in the carrier capture region, the stored binary logic value will be erased. Otherwise, a rewrite operation will occur.

もっとも、キャリア捕獲領域に注入されるキャリアの数
ないし量は連続的な変化を示すようにし得るので、本発
明の半導体記憶素子は、本来的には上記のような二値論
理動作に限定されることはなく、多値論理動作ないしは
アナログ量の記憶動作にも適用することができ、このこ
とはまた、後述する本発明実施例の説明に基づく構成原
理から読取ることができるが、ここでは簡単のため、以
下、二値論理動作に例を採って説明を続ける。
However, since the number or amount of carriers injected into the carrier trapping region can be made to show continuous changes, the semiconductor memory element of the present invention is essentially limited to the above binary logic operation. It can also be applied to multivalued logic operations or analog quantity storage operations, and this can also be understood from the configuration principle based on the explanation of the embodiments of the present invention described later, but here, a simple explanation will be given. Therefore, the explanation will be continued below using an example of binary logic operation.

そこで次に、上記の構成において相対的に第の導電領域
をキャリア捕獲領域に対し、正にバイアスすると、これ
に伴う第二広ギャップ領域の価電子帯端の平均的な勾配
の変化により、第一〇導電1 電領域から第二広ギャップ領域を介し、今度は正孔がキ
ャリア捕獲領域中に注入され、その後、当該正のバイア
スを除去すると、二値論理情報の他方の論理値の書込み
、記憶状態が実現する。
Therefore, in the above configuration, when the first conductive region is relatively positively biased with respect to the carrier trapping region, the resulting change in the average slope of the valence band edge of the second wide gap region causes 10) Holes are injected from the conductive region through the second wide gap region into the carrier trapping region, and then, when the positive bias is removed, the other logic value of the binary logic information is written; A memory state is realized.

一方、既述した構成要件■−1,■−2,■−3,■か
ら成る本発明の作用につき鑑みると、この発明に従う半
導体記憶素子では、第一の半導体領域が例えばn型の半
導体であるならば、キャリア捕獲領域に対し、当該第一
半導体領域を相対的に負にバイアスすることで、上記構
成要件■中にて特定された関係で勾配付けられた第一広
ギャップ領域の伝導帯端がこのようなバイアス下で示す
バンド・ダイアダラム上での平均的な勾配の変化を利用
し、第一半導体領域の側から当該第一広ギャップ領域を
介し、電子をキャリア捕獲領域中に注入することができ
、その後、当該バイアスを除去すれば、キャリア捕獲領
域中に電子が捕獲された第一のバイナリ論理値の記憶状
態を実現することができる。
On the other hand, in view of the operation of the present invention consisting of the above-mentioned constituent elements ■-1, ■-2, ■-3, and ■, in the semiconductor memory element according to the present invention, the first semiconductor region is made of, for example, an n-type semiconductor. If so, by biasing the first semiconductor region relatively negatively with respect to the carrier trapping region, the conduction band of the first wide gap region sloped according to the relationship specified in the above structural requirement Injecting electrons into the carrier trapping region from the first semiconductor region side through the first wide gap region by utilizing the change in the average slope on the band diadem that the edge exhibits under such bias. Then, by removing the bias, a first binary logic value storage state in which electrons are trapped in the carrier trapping region can be realized.

しかし、第一の半導体領域とは逆の導電型の 2 キャリアを注入する場合には、例えば上記において第一
半導体領域にキャリア捕獲領域に対しての相対的な負バ
イアスを印加していたのに代え、単に相対的に正のバイ
アスを印加しただけでは、効率的に正孔を注入すること
はできない。先の第一発明における場合の第一導電領域
とは異なり、当該n型半導体は、電子も正孔も、共に同
程度の効率で供給可能という訳ではないからである。
However, when injecting 2 carriers of a conductivity type opposite to that of the first semiconductor region, for example, although a negative bias relative to the carrier trapping region is applied to the first semiconductor region in the above example, Alternatively, holes cannot be injected efficiently simply by applying a relatively positive bias. This is because, unlike the first conductive region in the first invention, the n-type semiconductor cannot supply both electrons and holes with the same efficiency.

しかし、この第二発明の場合には、既述のように、構成
要件■−3が必須とされており、第一半導体領域には第
二導電領域が接した構成を有することができるので、第
一半導体領域の導電型(n型でもp型でも可)とは逆符
号のキャリアを注入するときには、第一半導体領域に適
当なるバイアスを与える等して反転層を形成し、この反
転層に第二導電領域からキャリアを注入することで、間
接的にキャリア捕獲領域にそれまでとは逆符号のキャリ
アを注入することができる。
However, in the case of the second invention, as mentioned above, the constituent requirement (1)-3 is essential, and the first semiconductor region can have a configuration in which the second conductive region is in contact with the first semiconductor region. When injecting carriers of opposite sign to the conductivity type (n-type or p-type) of the first semiconductor region, an inversion layer is formed by applying an appropriate bias to the first semiconductor region. By injecting carriers from the second conductive region, carriers of opposite sign can be indirectly injected into the carrier trapping region.

また、この第二の導電領域は、本発明によると第一の広
ギャップ領域を介して直接にキャリア捕獲領域に対向し
た構成(少なくとも対向している部分があれば良く、全
部であると一部であるとを問わない)も含んでいるので
、当該第二の導電領域に与えるバイアスの極性及びその
適当なる大きさに応じ、この第二導電領域から直接に選
択された極性のキャリア注入を行なうこともできる。
Further, according to the present invention, this second conductive region is configured to directly oppose the carrier trapping region via the first wide gap region (it is sufficient if there is at least a portion facing the carrier trapping region; carriers of the selected polarity are directly injected from this second conductive region depending on the polarity and appropriate magnitude of the bias applied to the second conductive region. You can also do that.

この場合は丁度、先の第一発明で第一導電領域が果たし
ていた役割を、この第二発明では第二導電領域が果たす
ものと考えれば理解し易い。したがって当然、電子、正
孔の両キャリア共、この第二導電領域からのみ、直接に
注入するようにすることもでき、したがってこの場合に
は、第一半導体領域は原則として第二導電領域やキャリ
ア捕獲領域その他の領域を物理的に支持する基板として
の意味がある。
In this case, it is easy to understand if it is considered that the role played by the first conductive region in the first invention is played by the second conductive region in the second invention. Therefore, it is naturally possible to directly inject both carriers, electrons and holes, only from this second conductive region. Therefore, in this case, in principle, the first semiconductor region is injected directly into the second conductive region and carriers. It has the meaning of a substrate that physically supports the capture area and other areas.

ただし、後述するように、第三の広ギャップ領域や第三
の導電領域を付加したり、また、第一導電領域を第一部
分と第二部分とに分け、一方あてをソース、ドレインに
振り分けて用いるような場合には、第一半導体領域も電
気的な機能領域(例えば電界効果トランジスタのチャネ
ル形成用の領域)として利用される。
However, as will be described later, it is possible to add a third wide gap region or a third conductive region, or to divide the first conductive region into a first part and a second part, and distribute one part to the source and drain. When used, the first semiconductor region is also used as an electrically functional region (for example, a region for forming a channel of a field effect transistor).

次に、既述した構成要件■−1,■−2に対し、構成要
件■または■を組合せた発明、つまりは第、第二の広ギ
ャップ領域の伝導帯端または価電子帯端に関して当該構
成要件■または■中でそれぞれ特徴付けられた発明にお
いては、キャリア捕獲領域に対して相対的に負または正
のバイアスを第一半導体領域に与えることで当該第一半
導体領域からキャリア捕獲領域に電子または正孔を注入
することができ、その後、バイアスを除去すれば第一の
論理値の記憶状態を実現でき、次いで第一導電領域に対
して相対的に正または負のバイアスを印加すると、上記
のようにしてあらかじめキャリア捕獲領域に捕獲されて
いた電子または正孔を第一導電領域側に取り出すことが
できるので、その後、バイアスを除去すれば、他の論理
値の書込み記憶状態、ないし記憶されていた論理値の消
去または書替え状態を実現することができる。
Next, an invention in which constituent feature ■-1 and ■-2 are combined with constituent feature ■ or In the inventions characterized in requirements (■) or (2), electrons or Holes can be injected, and then the bias can be removed to achieve a first logical value storage state, and then applying a relative positive or negative bias to the first conductive region can achieve the above In this way, the electrons or holes previously captured in the carrier trapping region can be taken out to the first conductive region side, so if the bias is then removed, the write storage state of other logical values or the stored state can be changed. It is possible to erase or rewrite a logical value.

5 全く同様に、既述した構成要件■−1,■−2に対し、
構成要件■または■を組合せた発明、つまりは第一、第
二の広ギャップ領域の伝導帯端または価電子帯端に関し
て当該構成要件■または■中でそれぞれ特徴付けられた
発明においては、キャリア捕獲領域に対して相対的に負
または正のバイアスを第一導電領域に与えることで当該
第一導電領域からキャリア捕獲領域に電子または正孔を
注入することができ、その後、バイアスを除去すれば第
一の論理値の記憶状態を実現でき、次いで第一半導体領
域に対して相対的に正または負のバイアスを印加すると
、上記のようにしてあらかじめキャリア捕獲領域に捕獲
されていた電子または正孔を第一半導体領域側に取り出
すことができるので、その後、バイアスを除去すれば、
他の論理値の書込み記憶状態、ないし記憶されていた論
理値の消去または書替え状態を実現することができる。
5 In exactly the same way, for the constituent requirements ■-1 and ■-2 mentioned above,
In an invention that combines constituent feature ■ or ■, that is, an invention characterized in said constituent feature ■ or ■ with respect to the conduction band edge or valence band edge of the first and second wide gap regions, carrier capture By applying a negative or positive bias to the first conductive region relative to the region, electrons or holes can be injected from the first conductive region to the carrier trapping region, and then by removing the bias, the first conductive region can be injected. When a storage state of one logical value can be realized and then a relatively positive or negative bias is applied to the first semiconductor region, the electrons or holes previously captured in the carrier trapping region as described above are removed. Since it can be taken out to the first semiconductor region side, if the bias is removed afterwards,
It is possible to write and store other logical values, or to erase or rewrite stored logical values.

既述した構成要件■−h■−2に対し、構成要件■を組
合せた発明、つまり第一、第二の広ギヤッ6 ブ領域の伝導帯端または価電子帯端に関して当該構成要
件■中で特徴付けられた発明においては、キャリア捕獲
領域に対して相対的に負のバイアスを第一導電領域に与
えることで当該第一導電領域からキャリア捕獲領域に電
子を注入することができ、その後、バイアスを除去すれ
ば第一の論理値の記憶状態を実現でき、次いで第一半導
体領域に対して相対的に正のバイアスを印加すると、当
該第一半導体領域の側から正孔を注入することでキャリ
ア捕獲領域に捕獲されていた電子を中和するか、キャリ
ア捕獲領域を正の状態に帯電させることにより、記憶情
報の消去ないし書替えが可能となる。
An invention that combines constituent feature ■ with constituent feature ■-h■-2 described above, that is, an invention that combines constituent feature ■ with regard to the conduction band edge or valence band edge of the first and second wide gear regions. In the characterized invention, by applying a relatively negative bias to the first conductive region with respect to the carrier trapping region, electrons can be injected from the first conductive region to the carrier trapping region, and then the bias is applied to the first conductive region. By removing , the storage state of the first logical value can be realized. Then, when a relatively positive bias is applied to the first semiconductor region, holes are injected from the side of the first semiconductor region, thereby injecting carriers. By neutralizing the electrons captured in the capture region or positively charging the carrier capture region, it becomes possible to erase or rewrite the stored information.

これとは逆に、既述した構成要件■−1■−2に対し、
構成要件■を組合せた発明においては、キャリア捕獲領
域に対して相対的に正のバイアスを第一導電領域に与え
ることで当該第一導電領域からキャリア捕獲領域に正孔
を注入することができ、その後、バイアスを除去すれば
第一の論理値の記憶状態を実現でき、次いで第一半導体
領域に対して相対的に負のバイアスを印加すると、当該
第一半導体領域の側から電子を注入することでキャリア
捕獲領域に捕獲されていた正孔を中和するか、キャリア
捕獲領域を負の状態に帯電させることにより、記憶情報
の消去ないし書替えが可能となる。
On the contrary, for the configuration requirements ■-1■-2 mentioned above,
In the invention combining constituent feature (2), holes can be injected from the first conductive region to the carrier trapping region by applying a positive bias to the first conductive region relative to the carrier trapping region, Thereafter, by removing the bias, the storage state of the first logical value can be realized, and then by applying a relatively negative bias to the first semiconductor region, electrons can be injected from the side of the first semiconductor region. The stored information can be erased or rewritten by neutralizing the holes trapped in the carrier trapping region or by negatively charging the carrier trapping region.

そして、これらの発明に対し、さらに既述した第二導電
領域の構成を特定する構成要件■−3を付加した発明で
は、第一半導体領域の導電型に応じてキャリア捕獲領域
への注入に、またはキャリア捕獲領域からの取出しに支
障のある極性のキャリアを取扱う場合には、先に述べた
と全く同様のメカニズムにより、第二導電領域を便利に
使うことができる。
In addition to these inventions, in an invention that further adds the structural requirement (3) that specifies the structure of the second conductive region described above, injection into the carrier trapping region is performed according to the conductivity type of the first semiconductor region. Alternatively, when dealing with polar carriers that are difficult to take out from the carrier trapping region, the second conductive region can be conveniently used by the same mechanism as described above.

さらに、例えば第一導電領域または第一半導体領域、な
いしは第二導電領域へのバイアスの印加状況によっては
、第一または第二の広ギャップ領域を介してキャリア捕
獲領域に注入されたキャリアがそのまま、当該バイアス
の印加下で第二または第一の広ギャップ領域を介して流
出してしまう確率が高い場合には、既述の構成要件■−
5にしたがって定義された電位制御領域を設けることで
、そうした不都合を回避できる。
Furthermore, depending on the application of bias to the first conductive region, the first semiconductor region, or the second conductive region, for example, carriers injected into the carrier trapping region via the first or second wide gap region may be If there is a high probability that the leakage will occur through the second or first wide gap region under the application of the bias, the above-mentioned structural requirements -
By providing a potential control region defined according to No. 5, such inconvenience can be avoided.

例えば、第一導電領域から第二広ギャップ領域を介して
キャリア捕獲領域にキャリアを注入する構成を挙げると
、第二広ギャップ領域が半導体材料であれば、−殻内に
言ってもかなりな高速動作が見込まれて望ましいが、第
一広ギャップ領域もまた、半導体領域で構成されている
と、キャリア捕獲領域に注入されたキャリアが当該注入
のためのバイアス印加工でここに留まることなく、反対
側にある第一広ギャップ領域を介して第一半導体領域ま
たは第二導電領域にそのまま抜けてしまうようなことも
ある。こうした場合に上記のような電位制御領域がある
と、注入バイアスとは逆極性のバイアスを印加するとか
、あるいは注入前と同電位に留めて置くことで、注入動
作時にキャリア捕獲領域の電位を少なくとも余り変化さ
せないようにすることができ、流出キャリアの発生を良
く食い止めることができる。
For example, if we consider a configuration in which carriers are injected from the first conductive region to the carrier trapping region via the second wide gap region, if the second wide gap region is made of a semiconductor material, the high speed is quite high even if it is within the shell. However, if the first wide gap region is also composed of a semiconductor region, the carriers injected into the carrier trapping region will not remain here during the bias application process for the injection and will be reversed. In some cases, it may pass directly into the first semiconductor region or the second conductive region via the first wide gap region located on the side. In such a case, if there is a potential control region as described above, the potential of the carrier trapping region can be kept at least as low as possible during the injection operation by applying a bias with the opposite polarity to the injection bias, or by keeping the potential at the same potential as before injection. It is possible to prevent the change from occurring too much, and to effectively prevent the generation of carriers flowing out.

9 キャリア捕獲領域から捕獲キャリアの引き出しを行なう
ときも同様で、例えば第二導電領域にキャリアを引き出
すときのバイアス関係により、第一導電領域の方から第
二広ギャップ領域を介し誤ってキャリアが注入されるお
それを抑制することもでき、こうしたことから総体的に
言っても、このように、キャリア捕獲領域の電位を制御
し得る電位制御領域の存在は、上記した各発明にとって
最適な書込みまたは書替え時のバンド・ダイアダラムの
電位関係を実現する上で極めて有効に作用する。
9 The same applies when extracting captured carriers from the carrier trapping region; for example, due to the bias relationship when extracting carriers to the second conductive region, carriers may be accidentally injected from the first conductive region through the second wide gap region. Therefore, overall, the existence of a potential control region that can control the potential of the carrier trapping region is the optimal writing or rewriting for each of the above-mentioned inventions. This works extremely effectively in realizing the potential relationship between the band and diadem.

さらに、これまで述べてきた全ての本発明に対し、既述
の構成要件■−6を付加し、第一の半導体領域と第一の
広ギャップ領域とが接している側とは対向する側におい
て当該第一の半導体領域に接する第三の広ギャップ領域
と、この第三の広ギャップ領域に接して設けられた第三
の導電領域とを設けると、情報読出し時にキャリア捕獲
領域に捕獲されている電荷量が僅かに変動するような場
合に、これを抑える作用が得られる。このよう 0 な第三導電領域があると、第一半導体領域中のキャリア
(電子または正孔)の密度を制御できるからである。
Furthermore, to all the present inventions described so far, the above-mentioned constituent feature ■-6 is added, and on the side opposite to the side where the first semiconductor region and the first wide gap region are in contact, By providing a third wide gap region in contact with the first semiconductor region and a third conductive region in contact with the third wide gap region, carriers are captured in the carrier capture region when reading information. When the amount of charge fluctuates slightly, the effect of suppressing this can be obtained. This is because the presence of such a third conductive region of 0 allows the density of carriers (electrons or holes) in the first semiconductor region to be controlled.

また、構成的にはこの構成要件■−6と、上記の第二導
電領域に関する構成要件■−3とを有する構成において
は、既述の構成要件■−7、つまりは第二の導電領域が
第一部分と第二部分とに分離されていて、これら第一、
第二部分のいずれか一方をソース、他方をドレインとし
、上記の第三導電領域をゲートとする電界効果トランジ
スタ構造を含む構成とすると、しきい値可変素子として
情報の選択的記憶、読出しを扱える半導体記憶素子を構
築できる。
In addition, in a configuration that has this constituent feature ■-6 and the above-mentioned constituent feature ■-3 regarding the second conductive region, the above-mentioned constituent feature ■-7, that is, the second conductive region It is separated into a first part and a second part, and these first part,
If the configuration includes a field effect transistor structure in which one of the second parts is a source and the other is a drain, and the third conductive region is a gate, selective storage and reading of information can be handled as a variable threshold element. Semiconductor memory elements can be constructed.

すなわち、このトランジスタ構造のドレイン電流対ゲー
ト電圧特性のしきい値電圧は、キャリア捕獲領域中の捕
獲電荷の極性及び捕獲量に応じて変化するので、逆に、
そのしきい値電圧値から現在の本素子の記憶内容を読取
ることができる。
In other words, the threshold voltage of the drain current vs. gate voltage characteristic of this transistor structure changes depending on the polarity and amount of trapped charges in the carrier trapping region, so conversely,
The current memory contents of this element can be read from the threshold voltage value.

なお、本発明の半導体記憶素子においては、上記のよう
に書込みないし消去時間を短くする構成が容易に得られ
るが、そのようにすると第一ないし第二広ギャップ領域
を通じ、キャリアの漏洩を生ずることもある。その場合
には、記憶内容が完全に消えてしまう前に記憶内容の読
出しを行ない、当該内容を増幅して再度書込む、いわゆ
るリフレッシュ動作を行なえば良く、このようにした場
合には、−素子のDRAMを構成したことにもなる。も
ちろん、リフレッシュ動作を行なう場合には、本発明に
従って相当高速な半導体記憶素子を構成しても、それに
十分な記憶内容保持時間が得られることは確認済みであ
る。
Note that in the semiconductor memory element of the present invention, a configuration in which writing or erasing time is shortened as described above can be easily obtained, but if this is done, carrier leakage may occur through the first or second wide gap region. There is also. In that case, it is sufficient to read the memory contents before they are completely erased, amplify the contents, and write them again, a so-called refresh operation. This also means that a DRAM of Of course, it has been confirmed that when a refresh operation is performed, a sufficient storage content retention time can be obtained even if a considerably high-speed semiconductor memory element is constructed according to the present invention.

[実 施 例] 第1図には、本発明の半導体記憶素子の基本的な実施例
における断面構造の要部が模式的に示されている。
[Example] FIG. 1 schematically shows a main part of a cross-sectional structure of a basic example of a semiconductor memory element of the present invention.

第一の半導体領域Aの上には順次、第一の広ギャップ領
域B1キャリア捕獲領域C,第二の広ギャップ領域D、
第一の導電領域Eが積層形成され、第一の半導体領域A
に接しては、この場合、一部が平面的に見てキャリア捕
獲領域Cの下に重なるように対向した第二導電領域Fも
示されている。
Above the first semiconductor region A, a first wide gap region B1 carrier trapping region C, a second wide gap region D,
A first conductive region E is laminated and a first semiconductor region A
In this case, a second conductive region F is also shown which faces and partially overlaps with the carrier trapping region C when viewed in plan.

ここで第一、第二の広ギャップ領域B、Dに関し、当該
“広ギャップ”という語は、後述する各実施例からも明
らかなように、相対的に見てキャリア捕獲領域Cの持つ
エネルギ・バンド・ギャップ以上のバンド・ギャップ部
分を少なくとも一部に持っているという意味であり、第
一広ギャップ領域Bと第二広ギャップ領域りとの関係に
おいては、エネルギ・バンド・ダイアグラム上における
それらのバンド・プロファイル同志は、これも後述の各
実施例中に明らかなように、同様な場合も異なる場合も
ある。
Here, regarding the first and second wide gap regions B and D, the term "wide gap" refers to the relative energy and It means that at least a part of the band gap is larger than the band gap, and in the relationship between the first wide gap region B and the second wide gap region, there is a difference between them on the energy band diagram. Band profiles may be similar or different, as will be apparent in each of the embodiments described below.

また、本半導体記憶素子においては、動作上で注目すべ
き電荷の流れは、第1図示の断面構造中では第一半導体
領域A(または第二導電領域F)と第一導電領域Eとを
結ぶ方向にあり、したがってこれと直交する方向となる
面内方向に沿ってキャリア捕獲領域Cの両側または周囲
を囲む領域Xは、第一広ギャップ領域Bと同一の材質、
っま3 りは第一広ギャップ領域Bの中にキャリア捕獲領域Cを
形成した格好になっていても良いし、第二広ギャップ領
域りと同様の材質であって、第二広ギャップ領域りの中
にキャリア捕獲領域Cが形成された格好になっていても
良い外、当該キャリア捕獲領域Cの持つエネルギ・バン
ド・ギャップよりも広いバンド・ギャップを持っている
限り、つまりはキャリア捕獲領域Cからの電荷の面内方
向への流出を防げ得る限り、第一、第二広ギャップ領域
B、Dとは異なる組成ないし材質の層領域であっても良
い。
In addition, in this semiconductor memory element, the flow of charge that should be noted in operation is the one that connects the first semiconductor region A (or second conductive region F) and first conductive region E in the cross-sectional structure shown in the first diagram. The region X surrounding both sides or the periphery of the carrier trapping region C along the in-plane direction, which is perpendicular to this direction, is made of the same material as the first wide gap region B;
The carrier trapping region C may be formed in the first wide gap region B, or may be made of the same material as the second wide gap region. The carrier trapping region C may be formed within the carrier trapping region C, but as long as the carrier trapping region C has a wider band gap than the carrier trapping region C, that is, the carrier trapping region C The layer region may have a composition or material different from that of the first and second wide gap regions B and D, as long as it can prevent charges from flowing out in the in-plane direction.

また、第二の導電領域Fは、第1図示の構造的な基本構
成に対して組合せるべきエネルギ・バンド・ダイアグラ
ム上での各々の特徴的な構成の如何によって必須のもの
となったり、逆に原理的には不要になったりする。
Further, the second conductive region F may be essential or vice versa depending on the characteristic configuration on the energy band diagram to be combined with the basic structural configuration shown in the first diagram. In principle, it may no longer be necessary.

ただし、原理的に不要であっても、これを設けるとさら
に良い場合もあり、その場合には、第1図中に仮想線で
示すように、第一半導体領域Aの面内方向周囲に沿って
ぐるりと設けたり、ある 4 いは面内方向で対向して第一部分F−,と第二部分F−
2とに分けて設けることもある。第一部分F−と第二部
分F−,とけ、これも後述のように、どちらかを選択的
に利用する場合もあるし、あるいは本発明の半導体記憶
素子内部に電界効果トランジスタ構造を含ませるため、
一方がそのソース、他方がドレインとして利用されるこ
ともある。
However, even if it is unnecessary in principle, it may be better to provide it, and in that case, as shown by the imaginary line in FIG. The first part F- and the second part F- can be provided all around, or facing each other in the in-plane direction.
It may be provided in two parts. The first part F- and the second part F- may be used selectively, as will be described later, or in order to include a field effect transistor structure inside the semiconductor memory element of the present invention. ,
One side may be used as its source and the other as its drain.

しかるに、この第1図示の物理的ないし幾何的な構造に
対して、以下、第2.3.4図に即して述べるような、
全体的なエネルギ・バンド・ダイアグラム構造のどれか
を組合せることにより、それぞれに特徴的な本発明の実
施例素子を構成することができる。
However, with respect to the physical or geometrical structure shown in Figure 1, as described below with reference to Figure 2.3.4,
By combining any of the overall energy band diagram structures, it is possible to construct an embodiment element of the present invention, each having its own characteristics.

まず、第2A図示のエネルギ・バンド・ダイアグラムを
見ると、既述のようにキャリア捕獲領域Cの上下(第2
図中では横に寝かせて示しであるので左右になっている
が)にある第一、第二広ギャップ領域B、Dは、共に当
該キャリア捕獲領域Cよりも広いバンド・ギャップ部分
を有するが、特に第二広ギャップ領域りは、その伝導帯
端CBと価電子帯#VBとが共に勾配を持っていて、キ
ャリア捕獲領域Cに近い側のエネルギトバンド・ギャッ
プの方が第一導電領域Eに近い側のそれよりも大きくな
フている。
First, if we look at the energy band diagram shown in Figure 2A, we can see that the upper and lower (second
In the figure, the first and second wide gap regions B and D located on the left and right sides (as they are shown lying horizontally) both have a wider band gap portion than the carrier trapping region C. In particular, in the second wide gap region, both the conduction band edge CB and the valence band #VB have a slope, and the energy band gap on the side closer to the carrier trapping region C is higher than that in the first conductive region E. The side closest to it has a larger f.

ただし、当該第二広ギャップ領域りの伝導帯端CB、価
電子帯端VBのバンド・プロファイルにおける勾配形状
は、図示実線で示されているように、線形に近い連続的
な変化形状であっても良いし、同じ連続的変化であって
も曲線を描くような変化であフて良い外、図示仮想線C
B’ 、VB’ で示されているように、階段状の変化
等、非連続な変化であっても良い。
However, the gradient shape of the band profile of the conduction band edge CB and the valence band edge VB in the second wide gap region is a nearly linear continuously changing shape, as shown by the solid line in the figure. The virtual line C shown in the diagram
As shown by B' and VB', the change may be discontinuous, such as a stepwise change.

また、第一導電領域Eの伝導帯端や価電子帯端に対して
は、第二広ギャップ領域Bの伝導帯端も価電子帯端も、
それぞれ共に滑らかに継がる形状になっているが、ここ
には後述の動作上、問題とならない段差があっても良い
し、逆にキャリア捕獲領域Cの伝導f@、価電子帯端と
の接続部分にライては、図中では急峻な段差形状となっ
ているが、やや斜めの形状となっていても良い。
Furthermore, with respect to the conduction band edge and valence band edge of the first conductive region E, the conduction band edge and valence band edge of the second wide gap region B are also
Both have shapes that connect smoothly, but there may be a step here that does not pose a problem in terms of operation, which will be described later, or conversely, there may be a step between the conduction f@ of the carrier trapping region C and the valence band edge. Although the part has a steep stepped shape in the figure, it may have a slightly slanted shape.

これら仮想線で示された伝導帯端、価電子帯端CB’ 
、VB’や上記の記述は、後述する他の実施例において
も全く同様に考えて良い。第一の広ギャップ領域Bの伝
導帯端や価電子帯端に対して上記のような勾配を設ける
実施例においてもしかりである。
Conduction band edge and valence band edge CB' indicated by these virtual lines
, VB' and the above descriptions may be considered in exactly the same way in other embodiments to be described later. This also applies to embodiments in which the above-mentioned gradient is provided with respect to the conduction band edge and valence band edge of the first wide gap region B.

いずれにしろ、第1図示のような断面構造で第2A図示
のようなエネルギ・バンド・ダイアグラムを持つ本発明
の第一の実施例素子では、第一導電領域Eを負にバイア
スすることで第二広ギャップ領域りのバンド・プロファ
イルの曲がり、特にその伝導帯端の平均的な勾配の変化
を利用し、第一導電領域Eから電子をキャリア捕獲領域
C中に注入することができ、その後、バイアスを除去す
れば第2A図示のバンド・プロファイルに戻るので、両
側が広ギャップな領域B、Dで挟まれたキャリア捕獲領
域Cの部分に相当する井戸中に注入電子を留めることが
でき、当該キャリア捕獲領域C中における第一の電気的
な状態として、二値論理値の一方を書込んでから記憶し
た状態を具現7 することができる。
In any case, in the device according to the first embodiment of the present invention, which has a cross-sectional structure as shown in the first figure and an energy band diagram as shown in the second figure, the first conductive region E is negatively biased. Taking advantage of the bending of the band profile of the second wide gap region, especially the change in the average slope of its conduction band edge, electrons can be injected from the first conductive region E into the carrier trapping region C, and then, If the bias is removed, the band profile returns to the one shown in Figure 2A, so the injected electrons can be retained in the well corresponding to the portion of the carrier trapping region C sandwiched between the regions B and D, which have wide gaps on both sides. As the first electrical state in the carrier capture region C, a state in which one of the binary logic values is written and then stored can be realized.

これに対し、第一導電領域Eを正の方向にバイアスする
と、今度は当該第一導電領域Eから第二の広ギャップ領
域りを介し、正孔をキャリア捕獲領域C中に注入するこ
とができ、したがって、上記のように以前に電子が蓄積
された状態であったならば、これを電位的に中和するこ
とでキャリア捕獲領域Cにおける電気的な状態を第二状
態に変化させることができ、その後、第一導電領域Ek
″相対的に印加していた正のバイアスを除去すれば、第
2A図示のバンド・プロファイル形状に戻ることで当該
第二の電気的状態を保持できる。
On the other hand, when the first conductive region E is biased in the positive direction, holes can be injected from the first conductive region E into the carrier trapping region C via the second wide gap region. Therefore, if the electrons were previously accumulated as described above, the electrical state in the carrier trapping region C can be changed to the second state by neutralizing them electrically. , then the first conductive region Ek
``If the relatively applied positive bias is removed, the second electrical state can be maintained by returning to the band profile shape shown in Figure 2A.

これは結局、記憶論理値の電気的な消去動作となり、既
述した定義からして書替え動作ともなる。もちろん、こ
れも定義済みの通り、先に正孔を書込むものと考えれば
、電子の注入動作が情報論理の消去ないし書替え動作に
相当する。
This ends up being an electrical erasing operation of the stored logic value, and from the above definition, also a rewriting operation. Of course, as already defined, if holes are written first, then the electron injection operation corresponds to the erasing or rewriting operation of the information logic.

さらに、キャリア捕獲領域の捕獲するキャリアの数ない
し量は連続的に変化するものにもし得るので、本発明の
素子は多値論理情報の記憶やアナ 8 0グ量情報の記憶に用いることもできる。これらの点に
ついてもまた、以下の全ての実施例に−おいて同じこと
が言えるので、最早、繰返すことはしない。
Furthermore, since the number or amount of carriers captured by the carrier capture region can be made to change continuously, the device of the present invention can also be used to store multivalued logical information or analog quantitative information. . These points also apply to all of the following embodiments, so they will not be repeated.

ところで、この本発明第一の実施例に見られるように、
第一導電領域Eからキャリア捕獲領域Cに対し、必要に
応じて電子も正孔も選択的に注入する場合には、当然、
当該第一導電領域Eが電子も正孔も供給可能なものでな
ければならない。
By the way, as seen in the first embodiment of the present invention,
Naturally, when electrons and holes are selectively injected from the first conductive region E to the carrier trapping region C as necessary,
The first conductive region E must be capable of supplying both electrons and holes.

しかし、これは困難なことではなく、当該第導電領域E
の材質ないし組成として金属を選ぶとか、少なくとも本
素子の動作温度では両キャリアが共に多数存在するよう
な狭ギャップ半導体を選べば良い。
However, this is not difficult, and the first conductive region E
A metal may be selected as the material or composition of the carrier, or a narrow gap semiconductor may be selected in which a large number of both carriers exist at least at the operating temperature of this device.

これに対し、エネルギ・バンド・ギャップが1eV前後
から2eV程度はある半導体を第一導電領域Eとして利
用する場合には、その厚み方向または面内方向に少なく
とも広義のpn接合を一つ有する構造とするとか、動作
状態で空乏層を形成するべく十分に薄い半導体層とその
上に形成された金属との組合せ構造等とすれば、同様に
両キャリアの供給可能な構造を実現することができる。
On the other hand, when a semiconductor with an energy band gap of around 1 eV to 2 eV is used as the first conductive region E, a structure having at least one p-n junction in a broad sense in the thickness direction or in-plane direction is used. Alternatively, if the structure is a combination of a semiconductor layer that is sufficiently thin to form a depletion layer in the operating state and a metal formed thereon, a structure that can similarly supply both carriers can be realized.

広義のpn接合とは、後述の実施例中にもその例を認め
得るように、pin接合等の整流性接合をも含む概念で
ある。
A pn junction in a broad sense is a concept that also includes rectifying junctions such as pin junctions, as can be seen in the examples described later.

また、明らかなように、この本発明第一の実施例素子で
は、上記のような基本動作を満足する限りにおいては、
第1図示構造中、第二導電領域Fは不要である。ただ、
後述する他の実施例の中のいくつかと共通するが、これ
を有意に利用することもできるし、単純に言っても、例
えば第一半導体領域Aを一般的な接地電位に付けての使
用に代え、意図的に電位を与えるような場合には、当該
外部電源回路その他の回路に電気的に接続を採る領域と
してこの第二導電領域F (F−、、p−、を含む)を
利用でき、あるいはまた、当該第一半導体領域Aないし
はキャリア捕獲領域Cの電位を必要に応じ、第一導電領
域Eの側とは反対側から制御することにより、キャリア
注入時の動作を最適化するに使うこともできる。この点
についても、以下述べる実施例中、この第二導電領域F
を必須の構成要件とはしない実施例において同様に考え
ることができる。
Also, as is clear, in the device of the first embodiment of the present invention, as long as the basic operation as described above is satisfied,
In the first illustrated structure, the second conductive region F is not required. just,
Although this is common to some of the other embodiments described later, this can be used significantly, and simply put, for example, when the first semiconductor region A is connected to a general ground potential. Alternatively, if a potential is intentionally applied, this second conductive region F (including F-, p-, etc.) can be used as a region for electrical connection to the external power supply circuit or other circuits. Alternatively, by controlling the potential of the first semiconductor region A or carrier trapping region C from the side opposite to the first conductive region E as necessary, it is used to optimize the operation during carrier injection. You can also do that. Regarding this point as well, in the examples described below, this second conductive region F
The same consideration can be given to embodiments in which the above is not an essential component.

第2B図は、静的な断面構造は第1図示の通りのものを
用いるにしても、当該基本構造に対シ、第2A図示のエ
ネルギ・バンド・プロファイルに代えて組合せることの
できる他の形状のエネルギ・バンド・プロファイルをボ
している。
FIG. 2B shows that even though the static cross-sectional structure is as shown in FIG. 1, other structures that can be combined with the basic structure instead of the energy band profile shown in FIG. It shows the energy band profile of the shape.

すなわち、間に挟んだキャリア捕獲領域Cのエネルギ・
バンド・ギャップに対し、共に広いエネルギ・バンド・
ギャップを有する第一、第二の広ギャップ領域B、Dの
中、第一半導体領域Aに近い第一広ギャップ領域Bの伝
導帯端、価電子帯端に対して勾配が付けられたものとな
っている。仮想線の伝導帯端、価電子帯端CB’、VB
’ を始め、勾配形状自体についての説明は先の説明を
援用する。
In other words, the energy of the carrier capture region C sandwiched between
In contrast to the band gap, both wide energy bands and
Among the first and second wide gap regions B and D having a gap, the first wide gap region B near the first semiconductor region A has a slope with respect to the conduction band edge and valence band edge. It has become. Virtual line conduction band edge, valence band edge CB', VB
The explanation of the gradient shape itself, including ``, refers to the previous explanation.

このようなエネルギ・バンド・プロファイルを持つ実施
例素子では、第一半導体領域Aが例えばn型半導体であ
る場合には、負のバイアスを印加1 することで第一広ギャップ領域Bのバンドの曲がり、特
にその伝導帯端CBの平均的な勾配の変化を利用し、電
子をキャリア捕獲領域C中に注入することができ、また
、n型半導体の場合には、正のバイアスを印;(オるこ
とで第一広)′ヤツブ領域Bのバンドの曲がり、特にそ
の価電子帯端VBの平均的な勾配の変化を利用し、1孔
をキヘ ・ア捕獲領域C中に注入することができる。
In the example element having such an energy band profile, if the first semiconductor region A is, for example, an n-type semiconductor, the band bending of the first wide gap region B can be caused by applying a negative bias of 1. In particular, electrons can be injected into the carrier trapping region C by utilizing the change in the average slope of the conduction band edge CB; By doing so, one hole can be injected into the capture region C by utilizing the bending of the band in the band region B, especially the change in the average slope of the valence band edge VB. .

しかし、第一半導体領域Aの導電型とは逆の極性のキャ
リアは、一般には同極性のキャリアを注入するときの効
率に比し、同程度の効率でキャリア捕獲領域に注入する
ことはできない。そこで、この第2B図示のエネルギ・
バンド・プロファイルを持つ本発明実施例素子では、第
1図示構造中に示されている第二の導電領域Fは必須の
ものとなる。
However, carriers having a polarity opposite to that of the conductivity type of the first semiconductor region A cannot generally be injected into the carrier trapping region with an efficiency comparable to that of injecting carriers of the same polarity. Therefore, the energy shown in Figure 2B
In the device according to the invention having a band profile, the second conductive region F shown in the first illustrated structure is essential.

この第二導電領域Fがあれば、例えば、第一半導体領域
Aの導電型とは逆極性のキャリアをキャリア捕獲領域C
に注入する場合には、第一半導体領域Aまたは第一導電
領域Eに適当なるバイアス 2 を与えて反転層を形成した上で、この反転層に第二導電
領域Fから当該逆極性キャリアを注入することができ、
所期通り、当該逆極性ギヤ1−リアをキャリア捕獲領域
C中に注入することができる。
If this second conductive region F exists, for example, carriers having a polarity opposite to the conductivity type of the first semiconductor region A can be transferred to the carrier trapping region F.
When injecting carriers into the first semiconductor region A or the first conductive region E, an appropriate bias 2 is applied to the first semiconductor region A or the first conductive region E to form an inversion layer, and then the carriers of opposite polarity are injected into this inversion layer from the second conductive region F. can,
As expected, the reverse polarity gear 1-rear can be injected into the carrier capture area C.

もちろん、電子、正孔のいずれに関しても、上記(・注
入動作(情報書込みないし消去動作、あるい、書替え動
作)を終了した後、当該注入に要した各バイアスを除去
すれば、第2B図示のエネルギ・バンド・プロファイル
に戻り、情報記憶状態となる。
Of course, for both electrons and holes, if the bias required for the injection is removed after the injection operation (information writing or erasing operation, or rewriting operation) is completed, the result will be as shown in Figure 2B. It returns to the energy band profile and enters the information storage state.

さらに、この第2B図示のエネルギ・バンド・プロファ
イルを第二導電領域Fとの関係で満たされたものとする
ならば、電子も正孔も、共にこの第二導電領域Fから注
入する構成を得ることができる。
Furthermore, if the energy band profile shown in Figure 2B is satisfied in relation to the second conductive region F, a configuration is obtained in which both electrons and holes are injected from the second conductive region F. be able to.

この場合には、先に述べた第一導電領域Eから電子、正
孔を共に、ただし選択的に注入する場合と同様、第二導
電領域Fが当該第一導電領域Eのなしていた働きを持つ
ものとなるから、第二導電領域Fは、少なくとも動作温
度で両極性のキャリアが多数存在し得るような狭ギャッ
プ半導体でl1tfE’X成するとか、金属で構成し、
あるいはまた、縮退゛する程に不純物を添加した半導体
で構成することにより、トンネル効果でキャリア注入が
なされるように計る。
In this case, as in the case where both electrons and holes are selectively injected from the first conductive region E mentioned above, the second conductive region F performs the function performed by the first conductive region E. Therefore, the second conductive region F is made of a narrow gap semiconductor in which a large number of bipolar carriers can exist at least at the operating temperature, or made of a metal,
Alternatively, by constructing the semiconductor with impurities added to such an extent that it becomes degenerate, carrier injection may be performed by the tunnel effect.

もちろん、このように第二導電領域Fから直接にキャリ
アを注入する動作を満足するには、第二導電領域Fの少
なくとも一部は第一半導体領域Aに接しながらも厚み方
向にキャリア捕獲領域Cの下に対向していなければなら
ない。
Of course, in order to satisfy the operation of directly injecting carriers from the second conductive region F, at least a part of the second conductive region F is in contact with the first semiconductor region A, but the carrier trapping region C is formed in the thickness direction. must be facing below.

第3A図示のエネルギ・バンド・プロファイルは、第1
図示の断面構造と共に採用し得る本発明の他の実施例に
おけるそれを示し、第一半導体領域Aまたは第二導電領
域Fの伝導帯端のエネルギ・レベルに対し、当該第一半
導体領域Aまたは第二導電領域Fから離れる程に徐々に
勾配を持ってそのエネルギ・レベルが高くなって行く伝
導帯端CBを持つ第一広ギャップ領域Bと、キャリア捕
獲領域Cの伝導帯端のエネルギ・レベルに対し、当該キ
ャリア捕獲領域Cから離れる程に徐々に勾配を持ってそ
のエネルギ・レベルが高くなつ、1友行< (i4i#
cBe、Zi:E−Y w y jflI* D h<
”*”js 、。
The energy band profile shown in Figure 3A is the first
It is shown in other embodiments of the present invention that can be adopted with the illustrated cross-sectional structure, and the energy level of the conduction band edge of the first semiconductor region A or the second conductive region F is The first wide gap region B has a conduction band edge CB whose energy level gradually increases as it moves away from the second conductive region F, and the energy level at the conduction band edge of the carrier trapping region C. On the other hand, the further away from the carrier capture area C, the higher the energy level gradually becomes.
cBe, Zi:E-Y w y jflI* D h<
"*"js,.

れている。It is.

しかし、これら第一、第二広ギャップ領域B。However, these first and second wide gap regions B.

Dの価電子帯端VBに関しては、特に必要な限定はなく
、第一半導体領域Aまたは第二導電領域Fのそれらや、
キャリア捕獲領域Cのそれとフラットな関係であって良
い外、同図中に仮想線VB’ 、VB”で示すように、
連続または非連続な勾配を持っていても良い。これは後
に述べる第4A図示のエネルギ・バンド・プロファイル
に関しても同じである。
Regarding the valence band edge VB of D, there is no particular necessary limitation, and those of the first semiconductor region A or the second conductive region F,
In addition to having a flat relationship with that of the carrier capture area C, as shown by virtual lines VB' and VB'' in the same figure,
It may have a continuous or discontinuous gradient. This also applies to the energy band profile shown in Figure 4A, which will be described later.

しかるに、第3A図示のエネルギ・バンド・プロファイ
ルを持つ本発明実施例素子では、第一半導体領域Aまた
は第二導電領域Fを負方向にバイアスすると第一広ギャ
ップ領域Bの伝導帯端CBの平均的な勾配の変化により
、電子をキャリア捕獲領域C中に注入することができ、
その後、バイアスの印加?やめればキャリア捕獲領域C
中に一方の論理値書込み状態に相当する電子の蓄積状態
を5 実現することができる。         5次に、第
一導電領域Eを正の方向にバイア“メ、すると、上記の
ようにして注入され、保持されていた捕獲領域C中の電
子は、当該バイアスの印加による第二広ギャップ領域り
の伝導帯端CBの平均的な勾配の変化により、第一導電
領域Eの側に引と出すことができ、これをして情報の消
去ないし第二の論理値の書込み状態とすることができる
However, in the device of the present invention having the energy band profile shown in Figure 3A, when the first semiconductor region A or the second conductive region F is biased in the negative direction, the average conduction band edge CB of the first wide gap region B Due to the change in the gradient, electrons can be injected into the carrier trapping region C,
Then apply bias? If you stop, carrier capture area C
It is possible to realize an electron accumulation state corresponding to one of the logical value write states in the memory. 5. Next, when the first conductive region E is biased in the positive direction, the electrons in the capture region C that have been injected and held in the above manner are transferred to the second wide gap region by applying the bias. Due to the change in the average slope of the conduction band edge CB, it can be pulled out to the side of the first conductive region E, and the information can be erased or the second logical value can be written. can.

i3B図示のエネルギ・バンド・プロファイルは、第1
図示の断面構造と共に採用し得る本発明のさらに他の実
施例におけるそれを示し、第一半導体領域Aまたは第二
導電領域Fの価電子帯端のエネルギ・レベルに対し、当
該第一半導体領域Aまたは第二導電領域Fから離れる程
に徐々に勾配を持ってそのエネルギ・レベルが低くなっ
て行く価電子帯端VBを持つ第一広ギャップ領域Bと、
キャリア捕獲領域Cの価電子帯のエネルギ・レベルに対
し、当該キャリア捕獲領域Cから離れる程に徐々に勾配
を持ってそのエネルギ・レベルが低くなって行く価電子
帯端VBを持つ第二法ギャップ6 領域りが示されている。
The i3B illustrated energy band profile is the first
It shows a further embodiment of the present invention that can be employed with the illustrated cross-sectional structure, and shows that the energy level of the valence band edge of the first semiconductor region A or the second conductive region F is or a first wide gap region B having a valence band edge VB whose energy level gradually decreases with a gradient as it moves away from the second conductive region F;
A second method gap having a valence band edge VB whose energy level gradually decreases with a gradient as the distance from the carrier trapping region C increases relative to the energy level of the valence band of the carrier trapping region C. 6 area is shown.

しかし、これら第一、第二広ギャップ領域B。However, these first and second wide gap regions B.

Dの伝導帯端08に関しては、特に必要な限定はなく、
第一半導体領域Aまたは第二導電領域Fのそれらや、キ
ャリア捕獲領域Cのそれとフラットな関係であって良い
外、同図中に仮想線CB’ 、f:B”で示すように、
連続または非連続な勾配を持っていても良い。これは後
に述べる第4B図示のエネルギ・バンド・プロファイル
に関しても同じである。
Regarding the conduction band edge 08 of D, there is no particular necessary limitation.
In addition to having a flat relationship with those of the first semiconductor region A or the second conductive region F or the carrier trapping region C, as shown by virtual lines CB' and f:B'' in the figure,
It may have a continuous or discontinuous gradient. This also applies to the energy band profile shown in Figure 4B, which will be described later.

このような第3B図示のエネルギ・バンド・プロファイ
ルを持つ本発明実施例素子では、第一半導体領域Aまた
は第二導電領域Fを正方向にバイアスすると第一広ギャ
ップ領域Bの価電子帯端VBの平均的な勾配の変化によ
り、正孔をキャリア捕獲領域C中に注入することができ
、その後、バイアスの印加をやめればキャリア捕獲領域
C中に一方の論理値書込み状態に相当する正孔の蓄積状
態を実現することができる。
In the device according to the present invention having such an energy band profile as shown in Figure 3B, when the first semiconductor region A or the second conductive region F is biased in the positive direction, the valence band edge VB of the first wide gap region B Holes can be injected into the carrier trapping region C by changing the average slope of , and if the bias is then stopped, holes corresponding to one logic value writing state will be injected into the carrier trapping region C. An accumulation state can be achieved.

次に、第二導電領域Eを負の方向にバイアスすると、上
記のようにして注入され、保持されていた捕獲領域C中
の正孔は、当該バイアスの印−加゛による第二広ギャッ
プ領域りの価電子帯端VBの平均的な勾配の変化により
、第二導電領域Eの側に引き出すことができ、これをし
て情報の消去ないし第二の論理値の書込み状態とするこ
とができる。
Next, when the second conductive region E is biased in the negative direction, the holes in the capture region C that have been injected and held as described above are transferred to the second wide gap region due to the application of the bias. By changing the average slope of the valence band edge VB, it can be drawn out to the side of the second conductive region E, and this can erase information or write a second logical value. .

第4A、B図は、それぞれ、本発明において開示するさ
らに他のエネルギ・バンド・プロファイルを示している
Figures 4A and 4B each illustrate yet another energy band profile disclosed in the present invention.

第4A図の場合には、第一半導体領域Aまたは第二導電
領域Fの伝導帯端のエネルギ・レベルに対し、当該第一
半導体領域Aまたは第二導電領域Fに近付く程、徐々に
勾配を持ってそのエネルギ・レベルが高くなって行く伝
導帯端CBを持つ第一広ギャップ領域Bと、キャリア捕
獲領域Cの伝導帯端のエネルギ・レベルに対し、当該キ
ャリア捕獲領域Cに近付く程、徐々に勾配を持ってその
エネルギ・レベルが高くなって行く伝導帯端CBを持つ
第二広ギャップ領域りが示されており、逆に第4B図示
の場合には価電子帯端VBに関して勾配付けが施され、
第一半導体領域Aまたは第:導電領域Fの価電子帯端の
エネルギ・レベルに対し、当該第一半導体領域Aまたは
第二導電領域Fに近付く程、徐々に勾配を持ってそのエ
ネルギ・レベルが低くなって行く価電子帯端VBを持つ
第一広ギャップ領域Bと、キャリア捕獲領域Cの価電子
帯のエネルギ・レベルに対し、当該キャリア捕獲領域に
近付く程に徐々に勾配を持ってそのエネルギ・レベルが
低くなって行く価電子帯端VBを持つ第二広ギャップ領
域りが示されている。
In the case of FIG. 4A, the energy level of the conduction band edge of the first semiconductor region A or the second conductive region F has a gradient that gradually increases as it approaches the first semiconductor region A or the second conductive region F. The first wide gap region B has a conduction band edge CB whose energy level increases as the energy level increases, and the energy level of the conduction band edge of the carrier trapping region C gradually increases as the energy level approaches the carrier trapping region C. A second wide gap region with a conduction band edge CB whose energy level increases with a gradient is shown, and conversely, in the case shown in 4B, the gradient with respect to the valence band edge VB is shown. administered,
With respect to the energy level of the valence band edge of the first semiconductor region A or the second conductive region F, the energy level gradually increases as it approaches the first semiconductor region A or the second conductive region F. With respect to the energy level of the valence band in the first wide gap region B, which has a valence band edge VB that becomes lower, and the carrier trapping region C, the energy level gradually increases as it approaches the carrier trapping region. - A second wide gap region is shown with the valence band edge VB decreasing in level.

したがって、第4A図示の場合には第一導電領域Eに対
して負のバイアスを印加することで電子を、また第4B
図示の場合には第一導電領域Eに対して正のバイアスを
印加することで正孔を、それぞれ第二広ギャップ領域り
を介し、キャリア捕獲領域Cに注入することができ、ま
た、第一半導体領域Aまたは第二導電領域Fに対し、第
4A図示の場合には正のバイアスを、第4B図示の場合
には負のバイアスを印加することで、第一9 広ギャップ領域Bを介し、キャリア捕獲領域C中に捕獲
されていたキャリアを当該第一半厘・採−領゛域Aまた
は第二導電領域Fに引き出すことができる。
Therefore, in the case shown in 4A, by applying a negative bias to the first conductive region E, electrons can be transferred to the 4B
In the illustrated case, by applying a positive bias to the first conductive region E, holes can be injected into the carrier trapping region C through the second wide gap region, respectively. By applying a positive bias in the case shown in 4A and a negative bias in the case shown in 4B to the semiconductor region A or the second conductive region F, via the first 9 wide gap region B, The carriers captured in the carrier capture area C can be drawn out to the first half-capture area A or the second conductive area F.

第5A、B図は、本発明の実施例素子として適用可能な
、また別のエネルギ・バンド・プロファイルを示してい
る。
FIGS. 5A and 5B show yet another energy band profile applicable to the device according to the embodiment of the present invention.

第5A図の場合には、第一広ギャップ領域Bの価電子帯
#VBと第二広ギャップ領域りの伝導帯端CBが注目す
べきものであって、第一広ギャップ領域Bの価電子帯端
VBはキャリア捕獲領域Cに近付く程、エネルギ・レベ
ルが低下する勾配を持ち、第二広ギャップ領域りの伝導
帯端CBは、キャリア捕獲領域Cに近付く程、エネルギ
・レベルが高まる勾配を持っている。
In the case of FIG. 5A, the valence band #VB of the first wide gap region B and the conduction band edge CB of the second wide gap region are noteworthy; The edge VB has a gradient in which the energy level decreases as it approaches the carrier trapping region C, and the conduction band edge CB in the second wide gap region has a gradient in which the energy level increases as it approaches the carrier trapping region C. ing.

この各勾配は、これまでに述べてきたように、連続的な
ものではなく、図中、仮想線VB’ 、CB’で示され
ているように、階段状等、非連続的な変化を示すもので
あっても良いし、また、注目していない第一広ギャップ
領域Bの伝導帯端と第二法0 ギャップ領域りの価電子帯端とにはその形状に特に限定
はなく、図示のような勾配を持っていても良いし、それ
ぞれ仮想線CB” 、 VB”で示されているように、
はぼフラットになっていても良い。
As mentioned above, each gradient is not continuous, but shows discontinuous changes such as steps, as shown by virtual lines VB' and CB' in the figure. Moreover, there is no particular limitation on the shape of the conduction band edge of the first wide gap region B, which is not being focused on, and the valence band edge of the second method 0 gap region. It is also possible to have a slope like this, as shown by virtual lines CB" and VB", respectively.
It may be flat.

一方、第5B図示の場合には、第一広ギャップ領域Bの
伝導帯端CBと第二広ギャップ領域りの価電子帯端VB
が正負キャリアの選択的な注入動作に関与し、第一広ギ
ャップ領域Bの伝導帯端CDはキャリア捕獲領域Cに近
付く程、エネルギ・レベルが高まる勾配を持ち、第二広
ギャップ領域りの価電子帯端VBはキャリア捕獲領域C
に近付く程、エネルギ・レベルが低下する勾配を持って
いる。
On the other hand, in the case shown in Figure 5B, the conduction band edge CB of the first wide gap region B and the valence band edge VB of the second wide gap region
is involved in the selective injection operation of positive and negative carriers, and the conduction band edge CD of the first wide gap region B has a gradient in which the energy level increases as it approaches the carrier trapping region C, and the value of the second wide gap region increases. The electron band edge VB is the carrier trapping region C
There is a gradient in which the energy level decreases as it approaches .

その外、この第5B図において図示されている仮想線V
B’ 、CB’ 、CB” 、 VB” 1.: ツイ
テは、先の第5A図におけると同様に考えて良い。
In addition, the virtual line V shown in FIG. 5B
B', CB', CB", VB" 1. : Tweets can be thought of in the same way as in Figure 5A above.

本発明の半導体記憶素子がこのようなバンド・ダイアダ
ラムを持っていると、最早これまでの説明から推して明
らかなように、第5A図示の場合には第一導電領域Eに
対して負のバイアスを印加することで第二広ギャップ領
域pを介し電子を、第一半導体領域Aまたは第二導電領
域Fに対して正のバイアスを印加することで第一広ギャ
ップ領域Bを介し正孔を、それぞれ選択的にキャリア捕
獲領域Cに注入することができ、第5B図示の場合には
第一導電領域Eに対して正のバイアスを印加することで
第二広ギャップ領域りを介し正孔を、第一半導体領域A
または第二導電領域Fに対して負のバイアスを印加する
ことで第一広ギャップ領域Bを介し電子を、それぞれキ
ャリア捕獲領域Cに注入することができる。
If the semiconductor memory element of the present invention has such a band diaphragm, as is already clear from the above explanation, a negative bias is applied to the first conductive region E in the case shown in FIG. 5A. By applying a positive bias to the first semiconductor region A or the second conductive region F, holes can be transmitted through the first wide gap region B. Holes can be selectively injected into the carrier trapping region C, respectively, and in the case shown in Figure 5B, by applying a positive bias to the first conductive region E, holes can be injected through the second wide gap region. First semiconductor area A
Alternatively, by applying a negative bias to the second conductive region F, electrons can be injected into the respective carrier trapping regions C via the first wide gap region B.

ところで、以上の第3.4.5図示の実施例素子のよう
に、第一、第二の広ギャップ領域B、Dを交互に異なる
論理値の書込のために使用する場合、それも特に第4A
、B図示実施例で第一導電領域Eからのキャリアの注入
を見込むような場合に顕著なように、当該キャリアの注
入速度こそ、高速で望ましいものの、キャリア捕獲領域
Cを始め、第一広ギャップ領域Bの方にもそのままでは
伝導帯端CBまたは価電子帯端VBに平均的な勾配の変
化を生ずるため、第一導電領域Eに所定の極性、大きさ
のバイアスを与えてここからキャリア捕獲領域Cにキャ
リアを注入するとき、注入し・たばかりのキャリアが第
一広ギャップ領域Bを介して第一半導体領域Aまたは第
二導電領域Fに流出してしまう場合もある。
By the way, when the first and second wide gap regions B and D are used alternately to write different logical values as in the example device shown in Figure 3.4.5 above, it is also particularly 4th A
, B. As is evident in the case where carrier injection is expected from the first conductive region E in the illustrated embodiment, the carrier injection speed is high and desirable. If region B is left as it is, a change in the average slope will occur at the conduction band edge CB or valence band edge VB, so a bias of a predetermined polarity and magnitude is applied to the first conductive region E to capture carriers from there. When carriers are injected into the region C, the freshly injected carriers may flow out into the first semiconductor region A or the second conductive region F via the first wide gap region B.

そこで、このような不都合を防ぐには、例えば第6図に
示されているような構成を併せて採用するのが有利であ
る。
Therefore, in order to prevent such inconveniences, it is advantageous to also employ a configuration as shown in FIG. 6, for example.

すなわち、キャリア捕獲領域Cの電位を制御可能な電位
制御領域Gを設けるのである。
That is, a potential control region G that can control the potential of the carrier trapping region C is provided.

図示の場合には、この電位制御領域Gは、第広ギャップ
領域りの上にあって厚味方向にキャリア捕獲領域Cに対
向し、かつ面内方向には電位的な分離領域Hを介し、第
一導電領域Eに対向する構成となっている。
In the illustrated case, this potential control region G is located on the first wide gap region, facing the carrier trapping region C in the thickness direction, and via the potential separation region H in the in-plane direction, It is configured to face the first conductive region E.

このような電位制御領域Gが設けてあれば、第一導電領
域已に対し、所定の極性、所定の大きさのバイアスを印
加して、既述したメカニズムに従い、ここから選択した
極性のキャリアを第二広ギャップ領域りを介してキャリ
ア捕獲領域Cに注3 幻( 入するに際し、当該電位制御領域Gに当該ゲ・イアスと
は逆極性の電位を印加するか、または注入、動作開始以
前と変わらない電位を印加することかでき、そのように
することにより、キャリア捕獲領域Cの大域的部分の電
位を少なくとも以前に対して余り変動しないものとする
ことができるので、キャリア注入動作時に第一半導体領
域Aまたは第二導電領域Fの方に漏洩してしまう電荷の
量はこれな著しく低減することができる。
If such a potential control region G is provided, a bias of a predetermined polarity and a predetermined magnitude is applied to the first conductive region, and carriers of a polarity selected from there are generated according to the mechanism described above. When entering the carrier trapping region C via the second wide gap region, a potential with the opposite polarity to that of the carrier trapping region C is applied to the potential control region G, or a potential with a polarity opposite to that of the carrier trapping region C is applied before the injection or operation starts. An unchanging potential can be applied, and by doing so, the potential of the global portion of the carrier trapping region C can be made to at least not change much with respect to the previous one, so that during the carrier injection operation, the first The amount of charge leaking toward the semiconductor region A or the second conductive region F can thus be significantly reduced.

なお、図示の場合のように、電位制御領域Gと第一導電
領域Eとを電位的な分離領域Hを介して本素子の積層構
造における同一の積層レベルに設ける場合には、図示さ
れている通り、キャリア捕獲領域Cの電位を制御する電
位制御領域Gの方の面積を大きく、キャリア捕獲領域C
に対してキャリアを注入するための第一導電領域Eの面
積を小さくするのが普通になる。電位制御領域Gは、大
域的な面積部分でキャリア捕獲領域Cに対向していなけ
ればその電位を有効に制御できないし、方でキャリア注
入のための領域である第一導電領 4 域Eは、例え僅かでもキャリア捕獲領域Cに対向してい
るような部分がありさえすれば、それでこの領域Eに要
求されている機能を満たすことができ、面積的に微小で
あっても通常は何等差し使えないからである。
Note that, as in the illustrated case, when the potential control region G and the first conductive region E are provided at the same lamination level in the laminated structure of the present device via the potential separation region H, the illustrated Accordingly, the area of the potential control region G that controls the potential of the carrier trapping region C is increased, and the area of the potential control region G that controls the potential of the carrier trapping region C is increased.
It is common practice to reduce the area of the first conductive region E for injecting carriers. The potential control region G cannot effectively control the potential unless it faces the carrier trapping region C in its global area, and the first conductive region E, which is the region for carrier injection, is As long as there is even a small part that faces the carrier capture area C, it can satisfy the function required of this area E, and even if it is minute in area, it is usually of no use. That's because there isn't.

しかし、これら電位制御領域Gと第一導電領域Eとは、
本素子の積層構造における同一の積層レベルに共存して
いなければならない理由はなく、厚味方向に沿い、両者
間に広ギヤツブな領域層(図示せず)を挟むことで電位
的に分離されていても良いし、そもそも、電位制御領域
Gとキャリア捕獲領域Cとの対向関係は、第二広ギャッ
プ領域層を挟んでではなく、これとは別な広ギャップ領
域を介していても良い。
However, these potential control region G and first conductive region E are
There is no reason why they must coexist at the same lamination level in the laminated structure of this device, and they can be electrically separated by sandwiching a wide gear area layer (not shown) between them along the thickness direction. In the first place, the potential control region G and the carrier trapping region C may be opposed to each other not with the second wide gap region layer interposed therebetween, but through another wide gap region.

また、図示されているように、電位制御領域Gと第一導
電領域Eとを面内方向に分離領域Hで分離する場合には
、当該分離領域Hを絶縁膜で構成する場合の外、両領域
G、E間にキャリア注入動作時に選択的に印加される各
電位関係において逆バイアスとなるような横方向(面内
方向)のさらに、キャリアの引き出しに関しては、先に
第一半導体領域Aにではなく、第二導電領域Fに対して
引き出す実施例につき述べたが、これはまた、特に第3
.4図示実施例のようなバンド・プロファイルを持つ場
合に、キャリア捕獲領域Cに対して第1図示のように僅
かに重なる関係で対向している当該第二導電領域Fにキ
ャリアを引き出すようにすると(つまり、第3.4図示
のバンド・プロファイルを第二導電領域Fを通る部分で
のそれとすると)、同様にキャリア捕獲領域Cを挟んで
反対側にある第一導電領域Eからの不測のキャリア注入
を抑制することができる。
Further, as shown in the figure, when the potential control region G and the first conductive region E are separated in the in-plane direction by a separation region H, in addition to the case where the separation region H is formed of an insulating film, both In addition, regarding the extraction of carriers in the lateral direction (in-plane direction) such that a reverse bias occurs in each potential relationship selectively applied during carrier injection operation between regions G and E, first semiconductor region A is Although an embodiment has been described for drawing out the second conductive region F, this also applies in particular to the third conductive region F.
.. 4. When the band profile is as shown in the illustrated embodiment, carriers are drawn out to the second conductive region F that faces the carrier trapping region C in a slightly overlapping relationship as shown in the first diagram. (In other words, assuming that the band profile shown in Figure 3.4 is that of the portion passing through the second conductive region F), similarly, unexpected carriers from the first conductive region E on the opposite side across the carrier trapping region C. Injection can be suppressed.

もちろん、電位制御領域Gはより積極的に使うこともで
き、キャリア捕獲領域Cと第一導電領域Eとの間の電位
差を制御し得るのみならず、例えば第2A、8図示実施
例のように、第一導電領域Eをのみ使って、または第一
半導体領域Aか第二導電領域Fのみを使って両極性キャ
リアの一方あてを選択的に注入する実施例においても、
当1該注入時のバンド・プロファイルに最適な形状枢持
たせるために有効に使うことができる。
Of course, the potential control region G can be used more actively, not only to control the potential difference between the carrier trapping region C and the first conductive region E, but also to control the potential difference between the carrier trapping region C and the first conductive region E. , also in embodiments in which one of the bipolar carriers is selectively injected using only the first conductive region E, or only the first semiconductor region A or the second conductive region F,
1) It can be effectively used to provide an optimal shape for the band profile during injection.

以上のように、本発明の各実施例のどれにおいても、ま
ずは本発明の一つの基本的効果として、構造的には既存
のEEPROME造に準じながらも、動作的にはDRA
M的な動作が可能な程に情報の書込み、書替えが容易な
半導体記憶素子が得られ、特に第一、第二広ギャップ領
域B、Dに半導体を選ぶとその高速化は一層助長され、
また、書替え回数の限界値も多く採ることができる。
As described above, in each of the embodiments of the present invention, one of the basic effects of the present invention is that although it is structurally similar to the existing EEPROME structure, it is operationally similar to the DRA.
A semiconductor memory element is obtained in which information can be easily written and rewritten to the extent that M-like operation is possible, and in particular, if semiconductors are selected for the first and second wide gap regions B and D, the speed increase is further promoted.
Further, the limit value for the number of rewrites can be set to a large number.

ただし、換言すると、第一、第二広ギャップ領域B、D
は絶縁部材であっても、従来のこの種の素子に比すと原
理構造的に電気的な情報書替えの容易な構造が得られる
のでそれでも構わないし、キャリア捕獲領域Cについて
も、既述の電位制御領域Gを設けたときや、第二導電領
域Fとの間でキャリアの授受を行なうときには半導体や
金属その他、適当な導電性を有している必要があるが、
それ以外の場合には、面内方向に導電性を持って7 いる必要は特にない。
However, in other words, the first and second wide gap regions B and D
Even if C is an insulating member, it is acceptable because it is theoretically easier to rewrite electrical information compared to conventional elements of this type. When providing the control region G or exchanging carriers with the second conductive region F, it is necessary to use a semiconductor, metal, or other material with appropriate conductivity.
In other cases, it is not particularly necessary to have conductivity in the in-plane direction.

また、本発明の半導体記憶素子は、上記の原理動作から
して明らかなように、何よりも小型化ないし超小型化に
強い。これまでに提供されているDRAM素子のように
、キャパシタ成分に情報電荷を蓄積する訳ではないから
である。
Furthermore, as is clear from the above-mentioned principle of operation, the semiconductor memory element of the present invention is particularly resistant to miniaturization or ultra-miniaturization. This is because information charges are not stored in the capacitor component, unlike the DRAM elements provided so far.

しかし、本発明の半導体記憶素子は、このように書替え
が容易であるがために、例えば第一の導電領域Eにバイ
アスを加えて記憶内容の読出しを行なうときに、当該記
憶内容を担っているキャリア捕獲領域C中の電荷に僅か
ではあっても変動を招くおそれがある。これは、本素子
が原理構造的には有している不揮発性という性能を低減
することにもなる。
However, since the semiconductor memory element of the present invention can be easily rewritten in this way, when reading the memory content by applying a bias to the first conductive region E, for example, the semiconductor memory element of the present invention is in charge of the memory content. There is a risk that the charge in the carrier trapping region C may vary, even if only slightly. This also reduces the non-volatile performance that this element has in principle and structure.

そこで、このような問題が生ずる場合には、これまで述
べたきた実施例に対し、さらに第7図示のような構成を
加えるのが有効である。
Therefore, if such a problem occurs, it is effective to add a configuration as shown in FIG. 7 to the embodiments described so far.

第7図では、第一の広ギャップ領域Bが設けられている
側とは反対側で第一の半導体領域Aに接し、当該第一半
導体領域Aのエネルギ・バンド・ 8 ギャップよりも大きなバンド・ギャップを有する第三の
広ギャップ領域(絶縁物製でも半導体材料製でも可)■
が設けられ、さらにこの第三広ギャップ領域Iの上に、
キャリア捕獲領域Cに対向する第一半導体領域Aの部分
に対して電界制御効果のある位置に第三の導電領域Jが
備えられている。
In FIG. 7, the first wide gap region B is in contact with the first semiconductor region A on the side opposite to the side on which the first wide gap region B is provided, and a band larger than the energy band 8 gap of the first semiconductor region A is formed. Third wide gap region with a gap (can be made of insulator or semiconductor material)■
is provided, and further on this third wide gap region I,
A third conductive region J is provided at a position that has an electric field control effect on a portion of the first semiconductor region A that faces the carrier trapping region C.

このようになっていれば、第三導電領域Jに印加する電
位の如何に応じて第一半導体領域A中のキャリア密度を
制御できるので、これによりキャリア捕獲領域C中に記
憶されている記憶内容を読出すことができる。
With this configuration, the carrier density in the first semiconductor region A can be controlled depending on the potential applied to the third conductive region J, so that the memory content stored in the carrier trapping region C can be controlled. can be read.

もちろん、第7図中には図示されていないが、第6図示
の実施例との組合せ構成が可能であり、第二導電領域F
や、第二導電領域Fとしても第一部分F−,と第二部分
F−2とを有するような断面構造を併せて適用可能であ
る。
Of course, although not shown in FIG. 7, a combination configuration with the embodiment shown in FIG. 6 is possible, and the second conductive region F
Furthermore, a cross-sectional structure having a first portion F- and a second portion F-2 can also be applied as the second conductive region F.

逆に、第二導電領域Fに関し、互いに電気的に分離され
た第一部分F−,と第二部分F−2とを設ける場合には
第8図示のような断面構造を得ることができ、したがっ
て当該第一部分F−,と第二部分F−2のいずれか一方
をソース、他方をドレインとし、既述した第三導電領域
Jをゲートとする電界効果トランジスタ構造Kを内部に
含む半導体記憶素子を得ることができる。
Conversely, when the second conductive region F is provided with a first portion F- and a second portion F-2 that are electrically isolated from each other, a cross-sectional structure as shown in FIG. 8 can be obtained. A semiconductor memory element including therein a field effect transistor structure K having one of the first portion F- and the second portion F-2 as a source, the other as a drain, and the third conductive region J described above as a gate. Obtainable.

このようになっていると、明らかなように、電界効果ト
ランジスタにのドレイン電流対ゲート電圧特性上のしき
い値電圧は、当然のことながら、キャリア捕獲領域C中
に捕獲されているキャリアの極性と量に依存するものと
なる。したがって、しきい値可変の電界効果トランジス
タKを持つことで、キャリア捕獲領域C中の捕獲キャリ
アの量に望ましくない変化を与えることなく、当該キャ
リア捕獲領域C中の記憶内容を外部に読出すことが可能
となる。
In this case, it is clear that the threshold voltage on the drain current vs. gate voltage characteristic of a field effect transistor naturally depends on the polarity of the carriers captured in the carrier trapping region C. It depends on the quantity. Therefore, by having a field effect transistor K with a variable threshold value, it is possible to read out the storage contents in the carrier trapping region C to the outside without causing an undesirable change in the amount of captured carriers in the carrier trapping region C. becomes possible.

実際上、こめような構成において第一半導体領域A、第
一、第三の広ギャップ領域B、Iの厚さを100人オー
ダまで縮小すると、第二導電領域F中の第一部分i、、
第二部分F−2間の距離は同様に100人オーダにまで
縮小しても所期のトランジスタ動作を期待することがで
き、結局、平面寸法で100人レベルの超微細半導体記
憶素子を実現することが可能になる。
In practice, if the thickness of the first semiconductor region A and the first and third wide gap regions B and I is reduced to the order of 100 in a compact configuration, the first portion i in the second conductive region F, .
Even if the distance between the second portion F-2 is similarly reduced to the order of 100 people, the desired transistor operation can be expected, and in the end, an ultra-fine semiconductor memory element with a planar dimension on the order of 100 people can be realized. becomes possible.

なお、上記してきた本発明の各実施例に関し、それらを
構築するに必要な材料上の組合せについては、原則とし
て任意であり、種々考えられるものの、例えばGaAs
、 AlGaAs等のいわゆるIII −V族化合物半
導体系材料の組合せとか、水素化アモルファス・シリコ
ン(a−5t:H)や水素化アモルファス・シリコン・
カーバイド(a−5iC:H)等の水素化テトラヘドラ
ル系アモルファス半導体と結晶シリコンとの組合せ等が
作り易くて再現性や信頼性も高い。
Regarding each of the embodiments of the present invention described above, the combination of materials necessary to construct them is, in principle, arbitrary, and various combinations are conceivable; for example, GaAs
, a combination of so-called III-V group compound semiconductor materials such as AlGaAs, hydrogenated amorphous silicon (a-5t:H) and hydrogenated amorphous silicon.
Combinations of hydrogenated tetrahedral amorphous semiconductors such as carbide (a-5iC:H) and crystalline silicon are easy to produce and have high reproducibility and reliability.

H[−V族化合物半導体系材料の組合せを用いる場合に
は、第一半導体領域Aとキャリア捕獲領域CにGaAs
を用い、第一、第二広ギャップ領域層。
When using a combination of H[-V group compound semiconductor materials, GaAs is used in the first semiconductor region A and carrier trapping region C.
Using the first and second wide gap region layers.

Dの一方または双方(少なくとも伝導帯端または価電子
帯端に勾配付けを要する方)にAlGaAsを用いるも
のが考えられる。この場合、AlGaAsを一般表記に
した^1xGa+−x八Sにおける組成比Xを、作成1 する領域層の厚味方向に沿って変化させれば、そのエネ
ルギ・バンド・ギャップが変化するし1、また、電子、
正孔に対するバリア(エネルギ・バンド・ダイアグラム
上における伝導帯端、価電子帯端の位置)も変化するの
で、先に第2図から第5図に即して述べたエネルギ・バ
ンド・プロファイルは、もちろん、上記の事実をしてそ
のどれをも実現可能である。
It is conceivable to use AlGaAs for one or both of D (at least the one that requires grading at the conduction band edge or valence band edge). In this case, if the composition ratio X in ^1xGa+-x8S, which uses AlGaAs in general notation, is changed along the thickness direction of the region layer to be created, the energy band gap will change. Also, electronic,
Since the barrier to holes (the positions of the conduction band edge and valence band edge on the energy band diagram) also changes, the energy band profile described earlier with reference to Figures 2 to 5 is as follows: Of course, any of the above can be realized.

なお、GaAs層やAlGaAs層は気相エピタキシー
や液相エピタキシー、分子線エピタキシーや有機金属気
相成長法等により作成可能なことは周知である。
It is well known that a GaAs layer or an AlGaAs layer can be formed by vapor phase epitaxy, liquid phase epitaxy, molecular beam epitaxy, metal organic vapor phase epitaxy, or the like.

水素化テトラヘドラル系アモルファス半導体と結晶シリ
コンとの組合せでは、第一の半導体領域Aに結晶シリコ
ンを用い、第一、第二の広ギャップ領域B、Dの中、少
なくとも伝導帯端または価電子帯端に関して勾配付けを
要する方には水素化アモルファス・シリコン・カーバイ
ド(a−5iC:H)または水素化アモルファス・シリ
コン・ナイトライド(a−5iN+8)を、そしてキャ
リア捕獲領域Cに 2 は水素化アモルファス・シリコン(a−5i:H)また
は水素化アモルファス・シリコン・ゲルマニウム(a−
5jGe:H)を用いることが考えられる。水素化アモ
ルファス・シリコン・カーバイド(a−54C:H)や
水素化アモルファス・シリコン・ナイトライド(a−5
iN:H)は、それぞれの膜中における炭素や窒素の組
成比を当該膜厚方向に変えることでエネルギ・バンド・
ギャップ及び電子、正孔に対するバリア(伝導帯端、価
電子帯端の位置)が変化′4−るので、この事実を利用
し、第2図から第5図に示されたどれであっても、本発
明で開示されたエネルギ・バンド・プロファイルを得る
ことができる。
In the combination of a hydrogenated tetrahedral amorphous semiconductor and crystalline silicon, crystalline silicon is used for the first semiconductor region A, and at least the conduction band edge or valence band edge is formed in the first and second wide gap regions B and D. hydrogenated amorphous silicon carbide (a-5iC:H) or hydrogenated amorphous silicon nitride (a-5iN+8) for those who require grading for carrier trapping region C; Silicon (a-5i:H) or hydrogenated amorphous silicon germanium (a-5i:H)
5jGe:H) may be used. Hydrogenated amorphous silicon carbide (a-54C:H) and hydrogenated amorphous silicon nitride (a-5
iN:H), the energy band and
Since the gap and the barrier to electrons and holes (the positions of the conduction band edge and valence band edge) change, we can use this fact to apply any of the structures shown in Figures 2 to 5. , the energy band profile disclosed in the present invention can be obtained.

これらの水素化テトラヘドラル系アモルファス半導体に
よる各領域層は、グロー放電分解法や光CVD、熱CV
Dで作成可能である。
Each region layer made of these hydrogenated tetrahedral amorphous semiconductors can be fabricated using glow discharge decomposition, photo-CVD, or thermal CVD.
It can be created with D.

第9図以降では、このように具体的な材料例の開示をも
併せて、本発明により構成される半導体記憶素子の作成
例等につき説明し、本発明の理解のさらなる一助とする
From FIG. 9 onward, examples of fabricating a semiconductor memory element constructed according to the present invention will be explained together with the disclosure of specific material examples as described above, to further aid in understanding the present invention.

第9A〜F図はGaAs系の材料を用いて本発明の一実
施例素子を作成する場合を示している。
FIGS. 9A to 9F show the case where an element according to an embodiment of the present invention is made using GaAs-based materials.

まず、第9A図に示すように、絶縁性GaAs基板1の
表面をクリーニングし、エピタキシャル成長装置内でエ
ツチングまたは表面処理した後、約1000人の厚味に
第一の半導体層10Aを低不純物濃度GaAs層として
形成する。この第一の半導体層10Aは、後の工程を経
た結果、その一部がこれまで述べてきた第一の半導体領
域Aとなる。
First, as shown in FIG. 9A, after cleaning the surface of the insulating GaAs substrate 1 and performing etching or surface treatment in an epitaxial growth apparatus, a first semiconductor layer 10A is formed with a low impurity concentration GaAs to a thickness of approximately 1000 nm. Form as layers. As a result of subsequent steps, a portion of this first semiconductor layer 10A becomes the first semiconductor region A described above.

続いて、後にその一部が第一の広ギャップ領域Bとなる
べき第一の広ギャップ領域層20Aを約1000人のA
I)(Ga、−XAs層として成長させる。このとき、
組成比Xは、GaAs基板の界面でOから急激に0.4
まで変化させ、その後は徐々に当該Xを漸減させるよう
にする。このようにすると、第一半導体領域または第二
導電領域Fと第一広ギャップ領域Bとに関し、第4A図
に示したようなエネルギ・バンド・プロファイル関係が
得られる。特に、この実施例素子では、後述のように、
キャリア捕獲領域がGaAsで構成されるから、x=0
.4の部分においてキャリア捕獲領域から見た当該第一
広ギャップ領域B内に形成される伝導帯端側のバリアの
高さは、約0.3 eVとなる。
Subsequently, about 1000 people A
I) Grow as a (Ga, -XAs layer. At this time,
The composition ratio X suddenly changes from O to 0.4 at the interface of the GaAs substrate.
X is then gradually decreased. In this way, an energy band profile relationship as shown in FIG. 4A is obtained between the first semiconductor region or the second conductive region F and the first wide gap region B. In particular, in this example element, as described later,
Since the carrier trapping region is made of GaAs, x=0
.. The height of the barrier on the conduction band end side formed in the first wide gap region B in the portion 4 when viewed from the carrier trapping region is approximately 0.3 eV.

第一の広ギャップ領域層20Aの上には、将来、導電性
のキャリア捕獲領域Cとなるべき層を形成するため、シ
リコンを10′5〜1016個/cm3添加したGaA
s層3〇八を約300人の厚味に亙り、成長させる。
On the first wide gap region layer 20A, in order to form a layer that will become a conductive carrier trapping region C in the future, a GaA film doped with 10'5 to 1016 pieces/cm3 of silicon is formed.
The S layer will grow to a depth of approximately 308 people.

次に、第9B図に示すように、フォト・レジスト3,3
Gにより、フィールド部分及び規定の形状にエツチング
されたGaAs層3〇八を覆い、第8図までの既述の実
施例中で第二導電領域Fを分割した格好の第一部分F−
,に相当する領域11と、第二部分F−,に相当する領
域12を形成するため、矢印で模式的に示しているよう
に、イオン注入を行なう。注入原子は、それら両領域1
1.12間にあって第一の半導体領域Aに相当する領域
部分10をn型に制御するもの、例えばシリコン原子等
を選ぶ。
Next, as shown in FIG. 9B, the photoresists 3, 3
G covers the field portion and the GaAs layer 308 etched into a prescribed shape, and a first portion F- is formed by dividing the second conductive region F in the embodiments described up to FIG.
In order to form a region 11 corresponding to , and a region 12 corresponding to the second portion F-, ion implantation is performed as schematically indicated by arrows. The implanted atoms are in both regions 1
1. Select a material, such as a silicon atom, which controls the region portion 10 corresponding to the first semiconductor region A to be n-type between 1.12 and 1.12.

この後、フォト・レジスト3,3Gを除去して 5 から洗浄し、要すればAs雰囲気中で熱処理を行なって
、イオン注入により発生した結晶欠陥をアニールする。
Thereafter, the photoresists 3 and 3G are removed and cleaned from step 5, and if necessary, heat treatment is performed in an As atmosphere to anneal crystal defects generated by ion implantation.

さらにこの後、第9C図に示されているように、必要に
応じ、導電領域11 、12の各外側に、仮想線で示さ
れているような素子間分離領域13 、14を形成する
。これは、フォト・レジスト3.3Gを除去した後、当
該領域13 、14とすべき部分にArイオン等を打ち
込むことにより、GaAs領域層10Aを高抵抗化する
等の手法によって形成することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 9C, element isolation regions 13 and 14 as shown by imaginary lines are formed outside the conductive regions 11 and 12, if necessary. This can be formed by a method such as removing the photoresist 3.3G and implanting Ar ions or the like into the portions to be the regions 13 and 14 to make the GaAs region layer 10A high in resistance. .

この素子間分離領域13 、14を形成した場合にはそ
れに用いたフォト・レジストを除去し、基板表面を洗浄
してから、次に、将来第二の広ギャップ領域りを構成す
る第二の広ギャップ領域層40AをAI、Ga+−、A
s層としてエピタキシャル成長させる。
When these interelement isolation regions 13 and 14 are formed, the photoresist used therein is removed and the substrate surface is cleaned, and then the second wide gap region that will form the second wide gap region in the future is The gap region layer 40A is made of AI, Ga+-, A
It is grown epitaxially as an s layer.

この際、エピタキシャル成長させるのと同一のチャンバ
内で基板表面を僅かにエツチングして置くことが望まし
いので、そのために、先の第9B図示の工程において第
一の広ギャップ領域層30A6 の上に符号30Rで示されているように、GaAs層を
50人前後、残置させて置くと良い。
At this time, it is desirable to slightly etch the surface of the substrate in the same chamber in which the epitaxial growth is performed, so that in the step shown in FIG. As shown in , it is preferable to leave about 50 GaAs layers remaining.

このようにしての第二広ギャップ領域層40Aのエピタ
キシャル成長時にも、当初、AI、Ga1−、As層の
組成比yを0から急激に0.4まで変化させ、その後、
厚味方向に亙り漸減させて行くとで、第4A図示の実施
例においての第二広ギャップ領域りに関するバンド・プ
ロファイルを得るようにする。ただし、第一の広ギャッ
プ領域層2〇八に関する組成比Xないしはその変化の態
様と、第二広ギャップ領域層40^に関する組成比yな
いしその変化の態様は、同じであっても異なっていても
良い。
During the epitaxial growth of the second wide gap region layer 40A in this manner, the composition ratio y of the AI, Ga1-, and As layers was initially changed rapidly from 0 to 0.4, and then,
By gradually decreasing the band profile in the thickness direction, the band profile for the second wide gap region in the embodiment shown in FIG. 4A is obtained. However, the composition ratio X or the manner of its change regarding the first wide gap region layer 208 and the composition ratio y or the manner of its change regarding the second wide gap region layer 40^ may be different even if they are the same. Also good.

この第二広ギャップ領域層4〇への上には引き続き、将
来、第一の導電領域Eとキャリア捕獲領域の電位制御領
域Gとを構成するために、GaAsに対してドナとなる
原子、例えばシリコン原子をlo I 7〜1619個
/cI113程度添加しながら導電層50Aをエピタキ
シャル成長させる。
Subsequently, on this second wide gap region layer 40, in order to form the first conductive region E and the potential control region G of the carrier trapping region in the future, atoms that will become donors for GaAs, e.g. The conductive layer 50A is epitaxially grown while adding silicon atoms at loI7 to 1619/cI113.

次に、第9D図に示されているように、既存のリソグラ
フィ技術により、GaAs導電層50Aを選択エツチン
グし、第一導電領域Eに相当する導電領域50と、後に
説明する第9F図に示されているように、この第一導電
領域Eと同一面内(同一積層レベル内)で並置関係とな
る電位制御領域Gに相当する導電領域52(第9D図中
には示さず)とを形成し、さらに第二導電領域Fの第一
部分F−,と第二部分F−2とに各々相当する各導電領
域11.12の上の第一広ギャップ領域層20Aと第二
広ギャップ領域層40^とにも既存のりソグラフィ技術
を援用し、当該各導電領域11 、12に関するコンタ
クト・ホールを開ける。このとき、キャリア捕獲領域C
として既に形成されている層領域30は、第一広ギャッ
プ領域Bに相当する層領域20と第二広ギャップ領域り
に相当する層領域40とで厚味方向に挟まれている外、
この実施例の場合、その周囲は第二広ギャップ領域40
により囲まれている。ただし、先にも述べたように、キ
ャリア捕獲領域C(30)の周囲部分は第一広ギャップ
領域20にて囲まれていても良いし、第一、第二広ギャ
ップ領域20 、40とは異なる材質の広ギャップ領域
で囲まれていても良い。
Next, as shown in FIG. 9D, the GaAs conductive layer 50A is selectively etched using existing lithography technology to form a conductive region 50 corresponding to the first conductive region E and a conductive region 50 as shown in FIG. 9F, which will be described later. As shown in FIG. 9, a conductive region 52 (not shown in FIG. 9D) corresponding to a potential control region G is formed in a juxtaposed relationship with this first conductive region E in the same plane (within the same lamination level). Furthermore, a first wide gap region layer 20A and a second wide gap region layer 40 are formed on each conductive region 11.12 corresponding to the first portion F- and second portion F-2 of the second conductive region F, respectively. Contact holes for each of the conductive regions 11 and 12 are opened using existing lithography technology. At this time, carrier capture area C
The layer region 30 that has already been formed is sandwiched in the thickness direction between the layer region 20 corresponding to the first wide gap region B and the layer region 40 corresponding to the second wide gap region B.
In this embodiment, the periphery is the second wide gap region 40
surrounded by However, as mentioned above, the peripheral portion of the carrier capture region C (30) may be surrounded by the first wide gap region 20, and the first and second wide gap regions 20 and 40 may be It may be surrounded by wide gap regions of different materials.

この工程の後、第9E図に示されているように、基板1
上の素子表面を窒化シリコン膜等の絶縁膜で覆い、それ
ぞれ第二導電領域Fの第一、第二部分F−、、F−2を
構成する導電領域11 、12の表面と、第一導電領域
Eを構成する導電領域50及び電位制御領域Gを構成す
る導電領域52(第9F図)の表面を露呈するようにコ
ンタクト・ホールを開け、それらの各々に金属薄膜等に
より引き出し電極71 、72 、75 、76 (電
極76は第9F図)を設ける。
After this step, as shown in FIG. 9E, the substrate 1
The upper element surface is covered with an insulating film such as a silicon nitride film, and the surfaces of conductive regions 11 and 12 constituting the first and second portions F-, F-2 of the second conductive region F, respectively, and the first conductive region Contact holes are made to expose the surfaces of the conductive region 50 constituting the region E and the conductive region 52 (FIG. 9F) constituting the potential control region G, and lead electrodes 71 and 72 are formed in each of them using a metal thin film or the like. , 75, 76 (electrode 76 is shown in FIG. 9F) are provided.

このようにして作成された本発明の一実施例素子の平面
図は第9F図に示されているが、逆に、これまでの説明
に用いた第9ANE図の各断面図は、第9F図中、仮想
線で示した断面線α−αに沿ってのものと考えて良い。
A plan view of an example element of the present invention created in this way is shown in FIG. 9F, but conversely, each cross-sectional view of FIG. 9ANE used in the explanation so far is shown in FIG. In the middle, it can be considered that it is along the cross-sectional line α-α shown by the imaginary line.

この第9F図に示されているように、本実施例素子では
、キャリア捕獲領域C(30)にキャリアを注入するか
引き出すために用いられる第一導電層9 域A (50)の占有平面積に対し、キャリア捕獲領域
C(30)の電位を制御する電位制御領域G (5’2
1の占有平面積の方が部分と大きくなるように形成され
ている。このようにすると望ましい理由についてはすで
に述べた通りであるので、再度の説明は省略する。
As shown in FIG. 9F, in this example element, the occupied plane area of the first conductive layer 9 region A (50) used for injecting or extracting carriers into the carrier trapping region C (30) , potential control region G (5'2) that controls the potential of carrier trapping region C (30)
1 is formed so that the occupied plane area is larger than that of the other parts. The reason why it is desirable to do this has already been stated, so a repeated explanation will be omitted.

この第9E、F図に示された本発明半導体記憶素子は、
第4A図示のエネルギ・バンド・ダイアグラムを満足し
、第6図示の断面構造に相当する構造を持つが、また、
電位制御領域52をゲート、導電領域11をソース、導
電領域12をドレインとすることにより、記憶作用を有
する電界効果トランジスタとして用いることもでき、そ
の場合には、第一半導体領域Aに相当する層領域10は
当該電界効果トランジスタのチャネル形成用の領域とな
る。ただし、上記のように第一、第二の広ギャップ領域
B、Dに相当する領域20 、40が共にAlGaAs
系材料で作られている場合には、ここに絶縁膜を用いた
場合に比し、記憶内容の保持能力は劣るので、一般にリ
フレッシュ動作が必要となる。
The semiconductor memory element of the present invention shown in FIGS. 9E and 9F is as follows:
It satisfies the energy band diagram shown in Figure 4A and has a structure corresponding to the cross-sectional structure shown in Figure 6, but also,
By using the potential control region 52 as a gate, the conductive region 11 as a source, and the conductive region 12 as a drain, it can also be used as a field effect transistor having a memory function. In that case, the layer corresponding to the first semiconductor region A Region 10 becomes a region for forming a channel of the field effect transistor. However, as mentioned above, the regions 20 and 40 corresponding to the first and second wide gap regions B and D are both made of AlGaAs.
If the memory is made of a type of material, the ability to retain memory contents is inferior to that of an insulating film, so a refresh operation is generally required.

0 第9E、F図示実施例の素子に対し、さらに読出し専用
のゲートを設けた実施例が第10A図に示されている。
FIG. 10A shows an embodiment in which a read-only gate is further provided for the elements of the embodiments shown in FIGS. 9E and 9F.

この素子の場合には、第9E、F図示の構造において第
一半導体領域Aに相当する領域10と第二導電領域Fの
第一、第二部分F−1,F−2に相当する領域11.1
2の下に、さらに第三の広ギャップ領域Iに相当する層
領域130、第三の導電領域Jに相当する下部ゲート1
10を設けたもので、断面構造的には第6図示実施例の
構造と第7図示実施例の構造とを組合せたものとなって
おり、下部ゲート11i) %読出し専用ゲートとして
利用するものである。
In the case of this element, a region 10 corresponding to the first semiconductor region A and a region 11 corresponding to the first and second portions F-1 and F-2 of the second conductive region F in the structure shown in FIGS. .1
2, a layer region 130 corresponding to the third wide gap region I, and a lower gate 1 corresponding to the third conductive region J.
10, and its cross-sectional structure is a combination of the structure of the sixth illustrated embodiment and the seventh illustrated embodiment, and the lower gate 11i) is used as a read-only gate. be.

したがって、この構造の作成例の前半部分は第10B、
C図により説明することができ、第9図示実施例素子で
も用いたと同様の絶縁性GaAs基板1の上に、ますは
Gaの組成比を1からOまで漸減させなからへ1Gaへ
sバッファ層を薄く形成した後、5000人程度0厚味
のAlAs層領域を第一の分離層領域100としてヘテ
ロエピタキシャル成長させ、その上にA1.4Ga、、
 aAs層120を500人程0の厚味に亙りヘテロエ
ピタキシャル成長させて、この層領域120に対し、将
来第三導電領域Jに相当する下部ゲート110を構成す
べき領域部分にリソグラフィによって開口を開ける。
Therefore, the first half of the example of creating this structure is No. 10B,
This can be explained with reference to Fig. C. On an insulating GaAs substrate 1 similar to that used in the embodiment shown in Fig. 9, a buffer layer is formed by gradually decreasing the Ga composition ratio from 1 to 1 Ga. After forming a thin layer of AlAs, an AlAs layer region of approximately 5,000 layers is heteroepitaxially grown as a first separation layer region 100, and A1.4Ga, .
The aAs layer 120 is heteroepitaxially grown to a thickness of about 500 nm, and an opening is made in this layer region 120 by lithography in a region where the lower gate 110 corresponding to the third conductive region J will be formed in the future.

次いで、ここまでの構造の表面クリーニングをし、エピ
タキシャル装置内でのイン・シチュー・エッチ・バック
(in 5itu etch back)により、僅か
表面をエツチングした後、n“型のGaAsN11O八
を500人程0のヘテロエピタキシャル成長させ、その
上にフォト・レジスト等の有機11i111Aをスピン
塗布し、塗布した当該有機11jlll^の平坦部分の
み、気相エッチすると、周囲がn1型のGaAs層11
0Aで囲まれた凹部にのみ、当該有機膜成分111が残
置する。
Next, after cleaning the surface of the structure up to this point and slightly etching the surface by in-situ etch back in an epitaxial device, about 500 layers of n" type GaAsN11O were etched. When organic 11i111A such as a photoresist is grown by heteroepitaxial growth, an organic 11i111A such as a photoresist is spin-coated, and only the flat part of the applied organic 11jllll^ is vapor-phase etched, the surrounding area is an n1 type GaAs layer 11.
The organic film component 111 remains only in the recess surrounded by 0A.

この残置した有機膜111をマスクとし n +GaA
s[110Aを選択エツチングすると、第tOC図に示
されるように、A1゜4Ga、、 6As層120 と
ほぼ表面が平坦になる関係で、第7図中の第三導電領域
Jに相当する下部ゲート110が構成される。
Using this remaining organic film 111 as a mask, n + GaA
When selectively etching s[110A, as shown in the tOC diagram, the surface becomes almost flat with the A1°4Ga, 6As layer 120, and the lower gate corresponding to the third conductive region J in FIG. 110 is configured.

その後、ここまでの構造に対し、表面クリーニングを施
し、エピタキシャル装置内でのイン・シチュー・エッチ
・バックにより、僅か表面をエツチングした後、Alo
、 7Gao、 sAs層130を500人程0の厚味
に亙りヘテロエピタキシャル成長させ、その上にAlo
4Gao、 6ASjl140を1000人程度0厚味
に亙りヘテロエピタキシャル成長させる。
After that, the structure thus far was subjected to surface cleaning, and after the surface was slightly etched by in-situ etch back in the epitaxial device, Alo
, 7 Gao, sAs layer 130 is heteroepitaxially grown to a thickness of about 500 nm, and Alo
4Gao and 6ASjl140 are heteroepitaxially grown over a thickness of about 1,000 layers.

このAlo、 aGao、 sAs層領域140に対し
てリソグラフィを適用し、将来、第一半導体領域Aに相
当する層領域10と、第二導電領域Fの第一、第二部分
F−、、F−2に相当する導電領域11 、12とを構
成すべき面積領域に相当する部分に開口を開けた後、第
10B図に示したと同様の手順により、当該層領域14
0と表面がほぼ平坦になる関係で低不純物濃度層領域1
0Aを形成する。
Lithography is applied to the Alo, aGao, and sAs layer regions 140 to form a layer region 10 corresponding to the first semiconductor region A and first and second portions F-, F- of the second conductive region F in the future. After making an opening in a portion corresponding to the area that should constitute the conductive regions 11 and 12 corresponding to 2, the layer region 14 is formed by the same procedure as shown in FIG. 10B.
0 and the surface is almost flat, so the low impurity concentration layer region 1
Forms 0A.

この後は、すでに第9A〜E図に示したと同様の工程を
適用すると、第10A図示の通り、本発明のまた一つの
実施例素子の構造を得ることができる。この構造は、す
でに述べたように、断面構造的には第6図示の構造と第
7図示の構造とを組3 合せた構造を持ち、エネルギ・バンド・ダイアグラム的
には第4A図示の構造を持っていると共に、第三の導電
領域Jに相当する導電領域110を下部ゲートとして読
出し専用ゲートに用いたものである。当然、既に述べた
第三導電領域Jの持っている機能はこの第10図示の素
子においても同様に期待することができる。
After this, by applying the same steps as already shown in FIGS. 9A to 9E, it is possible to obtain the structure of another example element of the present invention, as shown in FIG. 10A. As already mentioned, this structure has a cross-sectional structure that is a combination of the structure shown in Figure 6 and the structure shown in Figure 7, and has the structure shown in Figure 4A in terms of energy band diagram. In addition, the conductive region 110 corresponding to the third conductive region J is used as a read-only gate as a lower gate. Naturally, the above-mentioned function of the third conductive region J can be similarly expected in the element shown in FIG.

明らかなように、第9E、F図または第1OA図示の本
発明実施例素子は、それぞれ既述した各層領域の形成時
の材質や導電型、組成比その他のパラメータとか、ある
いはまた製作手順等を任意に選択することで、第1〜5
図に即して述べたエネルギ・バンド・ダイアグラム関係
のどれをも実現することが可能であるが、構造的に見て
、第9E図、第10A図の各々に示されているように、
導電領域12をドレインとして用いる場合、当該ドレイ
ン領域12とキャリア捕獲領域30との間に平面投影的
に互いに重なり合う部分があると、当該ドレイン領域1
2にバイアスを印加したとき、キャリア捕獲領域30に
捕獲されているキャリアが不測に 4 も引き出されたり、逆にドレイン領域12から誤ってキ
ャリアの注入が起こる可能性も無いとは言えない。
As is clear, the elements according to the embodiments of the present invention shown in FIGS. 9E and F or the first OA are different from the materials, conductivity types, composition ratios, and other parameters at the time of formation of each layer region described above, or the manufacturing procedure, etc. By selecting arbitrarily, 1st to 5th
Although it is possible to realize any of the energy band diagram relationships described with reference to the figures, structurally, as shown in FIGS. 9E and 10A, respectively,
When using the conductive region 12 as a drain, if there is a portion between the drain region 12 and the carrier trapping region 30 that overlap each other in plan projection, the drain region 1
When a bias is applied to 2, it cannot be said that there is a possibility that carriers captured in the carrier trapping region 30 may be unexpectedly pulled out, or that carriers may be erroneously injected from the drain region 12.

このようなおそれのある場合には、第9E図、第10A
図にそれぞれ仮想線30Eで示されているように、キャ
リア捕獲領域30に対し、平面投影的に見てドレイン領
域12が重ならないようにするとか、全体として面内方
向に互いにずれたオフ・セット関係を持つように構成す
れば良い。
If there is such a risk, please refer to Figures 9E and 10A.
As shown by imaginary lines 30E in the figure, the drain regions 12 are arranged so that they do not overlap with each other in plan projection with respect to the carrier capture region 30, or are offset from each other in the in-plane direction as a whole. All you have to do is configure it so that there is a relationship.

第11図は、本発明の半導体記憶素子のさらに他の具体
的作成例を示しており、基板1としてはシリコン単結晶
を用いた場合である。
FIG. 11 shows still another specific example of manufacturing the semiconductor memory element of the present invention, in which a silicon single crystal is used as the substrate 1.

まず第11A図に示されているように、既存のLOGO
3(部分酸化技術)工程を用いて部分的に厚い酸化膜3
を成長させ、この酸化1]I3のない部分において基板
1上に順に、将来、第三の導電領域Jに相当する領域と
なる導電層領域110 、第三の広ギャップ領域■に相
当する領域となる酸化シリコンまたは窒化シリコン等の
絶縁[9130を積層する。導電層領域110は、基板
1と整流性な有する高不純物濃度のシリコンまたはシリ
サイドから構成することができ、本素子を電界効果トラ
ンジスタとして用いる場合には、この第三導電領域Jに
相当する層領域110は将来、当該電界効果トランジス
タ構造の下部ゲート電極として利用することができる。
First, as shown in Figure 11A, the existing LOGO
Partially thick oxide film 3 using the 3 (partial oxidation technology) process
A conductive layer region 110 which will become a region corresponding to the third conductive region J in the future, a region corresponding to the third wide gap region An insulating material such as silicon oxide or silicon nitride [9130] is laminated. The conductive layer region 110 can be made of highly impurity-concentrated silicon or silicide that has rectifying properties with the substrate 1, and when this device is used as a field effect transistor, a layer region corresponding to the third conductive region J. 110 can be used as the bottom gate electrode of the field effect transistor structure in the future.

さらに、絶縁膜130からラテラル・エピタキシャル成
長の可能な距離範囲内にも上記の厚い酸化[3のない開
口部分Wを設け、清浄化工程とアモルファス・シリコン
堆積チャンバ内でのイン・シチュー・エッチ・バックを
行なった後、アモルファス・シリコン層を形成し、続い
て、例えば窒素雰囲気中、700℃、二時間半の加熱処
理を行なうことでラテラル固相エピタキシャル成長を促
し、開口部Wの周囲に単結晶シリコン薄膜10八、10
Bを形成する。これに対し、開口部Wから遠い領域には
多結晶状態に留まる層10cが形成される。なお、ラテ
ラル固相エピタキシャル成長に代え、ラテラル気相エピ
タキシャル成長を用いることも可能である。ただし、こ
の場合には単結晶シリコン膜は開口部Wより左右に堆積
されながら成長するので、基板表面の全面に互ってシリ
コン薄膜が堆積することはない。
Further, an opening W without the thick oxidation [3] is provided within a distance range where lateral epitaxial growth is possible from the insulating film 130, and a cleaning process and an in-situ etch back in an amorphous silicon deposition chamber are performed. After that, an amorphous silicon layer is formed, and then a heat treatment is performed at 700°C for two and a half hours in a nitrogen atmosphere to promote lateral solid phase epitaxial growth, and single crystal silicon is formed around the opening W. Thin film 108, 10
Form B. On the other hand, a layer 10c that remains in a polycrystalline state is formed in a region far from the opening W. Note that it is also possible to use lateral vapor phase epitaxial growth instead of lateral solid phase epitaxial growth. However, in this case, since the single crystal silicon film grows while being deposited from the opening W to the left and right, the silicon thin films are not deposited over the entire surface of the substrate.

固相ないし気相のラテラル固相エピタキシャル成長を終
えた時点でシリコン窒化膜15を堆積し、これを酸化マ
スクにして既述したLOGOS工程を適用し、第一半導
体領域Aに相当する部分101第二導電領域Fの第一、
第二部分F−1.F−2に相当する部分11 、12を
除いて酸化処理する。第一第二導電部分11 、12は
、既知のイオン注入とか選択拡散技術を採用し、nチャ
ネル素子を作成する場合には燐や砒素等を、pチャネル
素子を作成する場合には硼素等を、それぞれ第一半導体
領域構成用の層領域10Aの所定領域部分に注入するこ
とで形成することができる。
When the lateral solid phase epitaxial growth in the solid phase or gas phase is completed, a silicon nitride film 15 is deposited, and the previously described LOGOS process is applied using this as an oxidation mask to form a portion 101 corresponding to the first semiconductor region A and a second semiconductor region 101. a first conductive region F;
Second part F-1. The parts 11 and 12 corresponding to F-2 are removed and subjected to oxidation treatment. The first and second conductive portions 11 and 12 employ known ion implantation or selective diffusion techniques, and are filled with phosphorus, arsenic, etc. when forming an n-channel device, and boron, etc. when forming a p-channel device. , each can be formed by implanting into a predetermined region portion of the layer region 10A for forming the first semiconductor region.

この後、第11B図に示されているように、上記のシリ
コン窒化膜15を除去し、a−5iC:l(の堆積チャ
ンバ内で水素プラズマ処理を行ない、さらに同一チャン
バ内でSiH4,C)+4 、H2の混合ガスを用いた
プラズマCVDにより、a−5io、 8c0.2 :
tl膜7 2〇八を500人程0、成長させる。この膜20Aは将
来、第一広ギャップ領域Bに相当する領域20を形成す
るものである。
After this, as shown in FIG. 11B, the above silicon nitride film 15 is removed, and hydrogen plasma treatment is performed in a deposition chamber for a-5iC:1, and further in the same chamber for SiH4,C. +4, a-5io, 8c0.2: by plasma CVD using a mixed gas of H2:
Grow about 500 tl film 7 208. This film 20A will form a region 20 corresponding to the first wide gap region B in the future.

この構造の上に、SiLのプラズマCVDによってa−
5i:HIIi30八を300人程0の厚味に亙り堆積
させ、その後は第10B図示の工程と同様の工程を適用
し、選択的に有機膜マスク31を形成して選択エツチン
グを施し、キャリア捕獲領域Cに相当する領域30を形
成する。
On this structure, a-
5i: HIIi 308 is deposited to a thickness of about 300 layers, and then a process similar to that shown in Figure 10B is applied to selectively form an organic film mask 31 and perform selective etching to capture carriers. A region 30 corresponding to region C is formed.

次いで有機膜マスク31を除去し、a−5t:H膜3〇
へとa−5io、 6C0,2:H膜2OAの表面上に
意図しなくとも工程を経る中に形成される表面酸化膜を
稀HF溶液中に浸漬することで除去してから、 a−5
iC:Hの堆積チャンバ内で水素プラズマ処理を行ない
、続いて同一チャンバ内で5LH4,CI+4 、H2
の混合ガスを用いたプラズマCVDにより、a−5iC
:H膜4〇へを500人程0、成長させる。
Next, the organic film mask 31 is removed, and the surface oxide film that is unintentionally formed during the process on the surface of the a-5io, 6C0,2:H film 2OA is transferred to the a-5t:H film 30. Remove by immersion in dilute HF solution, then a-5
Hydrogen plasma treatment was performed in the deposition chamber for iC:H, followed by 5LH4, CI+4, H2 in the same chamber.
a-5iC by plasma CVD using a mixed gas of
:Grow about 500 H films to 40.

この膜40Aは将来、第二広ギャップ領域りに相当する
領域40を形成するものであるが、上記プラズマCVD
の際に、堆積開始時から終了迄の間に 8 CH4とSiH,の量の比を代え、堆積温度、水素量、
湿度により最適な範囲は変化するものの、例えば当該比
(co4/ 5i84)を4からOまで漸次変えて行く
。その結果は、第2A図示のようなエネルギ・バンド・
ダイアグラムを得るものとなる。
This film 40A will form a region 40 corresponding to the second wide gap region in the future.
During the process, the ratio of the amounts of CH4 and SiH was changed from the start to the end of the deposition, and the deposition temperature, hydrogen amount,
Although the optimum range changes depending on the humidity, for example, the ratio (co4/5i84) is gradually changed from 4 to 0. The result is an energy band as shown in Figure 2A.
You will get a diagram.

この膜40Aの上に連続してa−5iC:H膜50Aを
堆積すると第11C図示の構造ができるので、さらにこ
れに既述したような適当なるリソグラフィ工程と金属薄
膜形成工程を適用し、それぞれ引き出し電極71 、7
2 、75を形成すると第11D図に示すように、この
実施例の素子の完成となる。
If the a-5iC:H film 50A is successively deposited on this film 40A, the structure shown in Figure 11C is obtained. Extraction electrodes 71, 7
2 and 75, the device of this embodiment is completed, as shown in FIG. 11D.

この第11図示実施例の素子では、キャリア捕獲領域3
0のa−5t:Hと第二広ギャップ領域40との間に形
成される障壁の高さは、正孔に対して上記の成長条件で
ほぼ0.2〜0.3 eV、電子に対してはほぼ0.1
 eVとなり、正孔に対しての障壁高さの方が高く形成
されるので、キャリア捕獲領域3oに対し、正孔を注入
するモードでの情報記憶の方が長期間の記憶保持が可能
となる。なお、アモルファス・シリコンに代え、キャリ
ア捕獲領域3oをアモルファス・シリコン・ゲルマニウ
ムによって構成すると、上記の障壁の高さはいずれも高
くなり、正孔、電子のいずれの注入モードでも、記憶保
持時間は格段に長くなる。
In the device of the eleventh illustrated embodiment, the carrier trapping region 3
The height of the barrier formed between the a-5t:H of 0 and the second wide gap region 40 is approximately 0.2 to 0.3 eV for holes and approximately 0.2 to 0.3 eV for electrons under the above growth conditions. is almost 0.1
eV, and the barrier height for holes is formed higher, so information storage in a mode in which holes are injected into the carrier trapping region 3o allows for longer-term memory retention. . Note that if the carrier trapping region 3o is made of amorphous silicon germanium instead of amorphous silicon, the heights of the above barriers will become higher, and the memory retention time will be significantly improved in both hole and electron injection modes. becomes longer.

キャリア注入に関しさらに言うと、キャリア捕獲領域3
0に正孔を注入するには第一導電領域50をp+型にす
るだけで良いが、消去のためにキャリア捕獲領域30へ
の電子の注入も効率良く行なえるようにするには、例え
ば当該第一導電領域50をn−p“−金属電極70の積
層構成とするか、あるいはまたn−1−p″″−金属電
極70の積層構成にすること等が考えられる。
Regarding carrier injection, the carrier capture region 3
In order to inject holes into zero, it is sufficient to make the first conductive region 50 p+ type, but in order to efficiently inject electrons into the carrier trapping region 30 for erasing, for example, It is conceivable that the first conductive region 50 has a laminated structure of np"-metal electrodes 70, or alternatively a laminated structure of n-1-p""-metal electrodes 70.

第11E図はこの構成部分を取り上げて図示しており、
1層は上記のように設けても設けなくても良いので、図
面中、符号iに括弧を付して示しである。なお、n−p
*接合やn−1−p”接合等は広義のpn接合と一括的
に観念して良く、逆に第5図までの実施例において第一
導電領域Eに関して述べたpn接合という語は、このよ
うな整流性の接合関係を全て含むものである。
Figure 11E shows this component,
One layer may or may not be provided as described above, and therefore, the reference numeral i is shown in parentheses in the drawings. In addition, n-p
* Junctions, n-1-p" junctions, etc. may be collectively considered pn junctions in a broad sense; conversely, the term pn junctions mentioned regarding the first conductive region E in the embodiments up to FIG. This includes all such rectifying junction relationships.

また、この第11E図示の半導体記憶素子をnチャネル
電界効果トランジスタとしても・用い、導電領域12を
ドレイン領域として利用する場合には、当該ドレイン領
域12を正にバイアスしたとき、僅かではあるが当該ド
レイン領域12からキャリア捕獲領域30に対して電子
の注入が起こり、情報が!a′MAされるおそれもある
Furthermore, when the semiconductor memory element shown in Figure 11E is used as an n-channel field effect transistor and the conductive region 12 is used as a drain region, when the drain region 12 is positively biased, the Electron injection occurs from the drain region 12 to the carrier trapping region 30, and information is generated! There is also a risk of being a'MA'd.

そこで、これを回避するには、これも先に述べたと同様
に、第11E図中に仮想線30Eで示す通り、キャリア
捕獲領域30に対して平面投影的にドレイン領域12が
重ならないようにするか、ないしは面内方向に互いにず
らしてオフ・セット構造とすれば良い。また、電子の蓄
積を長期間行なうためには、第一、第二の広ギャップ領
域20 、40に共にa−5iN:Hを用いるのも良い
Therefore, in order to avoid this, as described above, the drain region 12 should not overlap the carrier trapping region 30 in plan projection, as shown by the virtual line 30E in FIG. 11E. Alternatively, they may be shifted from each other in the in-plane direction to form an offset structure. Further, in order to store electrons for a long period of time, it is also good to use a-5iN:H for both the first and second wide gap regions 20 and 40.

第11D図と同様な記憶構造部分を有する半導体記憶素
子は、第一の半導体領域10をアモルファス・シリコン
で構成する場合にも構築可能である。第12図はそのよ
うな場合の実施例を示しており、基板1の上にはまず、
第三広ギャップ領域1 を形成する層領域130内に埋め込まれた格好に下部電
極ないし第三導電領域100が形成されており、これに
はOr、Ni、Ta等の薄膜を用いることができる。
A semiconductor memory element having a memory structure similar to that shown in FIG. 11D can also be constructed when the first semiconductor region 10 is made of amorphous silicon. FIG. 12 shows an embodiment in such a case, where on the substrate 1, first,
A lower electrode or third conductive region 100 is formed embedded in the layer region 130 forming the third wide gap region 1, and a thin film of Or, Ni, Ta, etc. can be used for this.

第三広ギャップ領域130の上に形成される第一半導体
領域10は、アモルファス・シリコンとかアモルファス
・シリコン・ゲルマニウム等で構成することができる。
The first semiconductor region 10 formed on the third wide gap region 130 can be made of amorphous silicon, amorphous silicon germanium, or the like.

また、当該第一半導体領域10を構成する層領域10^
の上に形成される層領域lid 、12dとしては、n
チャネル素子を作成する場合には燐等の不純物を、pチ
ャネル素子を作成する場合には硼素等の不純物を添加し
たアモルファス・シリコンとかアモルファス・シリコン
・ゲルマニウム等で構成することができる。導電電極7
1 、72は、それぞれ本半導体記憶素子に含まれる電
界効果トランジスタ構造のソース、ドレインの引き出し
電極としても機能するが、特に積層関係にある三つの層
(10^−1id−71)がソースとなる第二導電領域
の第部分を構成し、これらとは面内方向に対向する三 
2 つの層(IOA−126−72)が第二部分を構成する
。さらにその上の積層構造に関しては既述した第11図
示素子のそれと同様である。
In addition, a layer region 10^ constituting the first semiconductor region 10
The layer region lid, 12d formed on n
When creating a channel element, it can be made of amorphous silicon or amorphous silicon germanium doped with an impurity such as phosphorus when creating a p-channel element. Conductive electrode 7
1 and 72 also function as extraction electrodes for the source and drain, respectively, of the field effect transistor structure included in this semiconductor memory element, but in particular, the three layers (10^-1id-71) in a stacked relationship serve as sources. constitutes the second part of the second conductive region, and is separated from the three parts facing in the in-plane direction.
Two layers (IOA-126-72) constitute the second part. Further, the laminated structure thereon is the same as that of the element shown in the eleventh figure described above.

ところで、これまで述べたきたいずれの実施例において
も、本発明に従う一つの態様として、第、第二の広ギャ
ップ領域B (20) 、 D (40)を半導体材料
で構成すると、従来の不揮発性メモリ素子に比し、書込
み、消去速度を極めて速めることが可能になるが、その
代わりに、室温環境下での数年以上にも及ぶ記憶保持能
力は犠牲になる。
By the way, in any of the embodiments described so far, as one aspect according to the present invention, if the second and second wide gap regions B (20) and D (40) are made of a semiconductor material, it is possible to Compared to memory devices, writing and erasing speeds can be significantly increased, but at the expense of memory retention for several years at room temperature.

もちろんこのこと自体は、本発明の目的からして何等問
題ではなく、既存のDRAM素子に既に小型化の限界が
見え始めていることを考えると、本発明素子の有用性は
当然、明らかではあるが、上記のように第一、第二の広
ギャップ領域B (20) 、 D (40)を半導体
材料で構成した本発明実施例素子では現に、これを実際
に稼動させるために周辺回路にいわゆる記憶内容の再生
機能(リフレッシュ機能)を与える必要があることもま
た事実である。すなわち、素子の材料や寸法、パイアス
等の種々のパラメータにより決められる一定期間ごとに
1ビツトづつ、ないしは1ワードづつ、その記憶内容を
読出し、それと同一の情報を再び書込む必要がある。
Of course, this itself is not a problem from the purpose of the present invention, and considering that the limits of miniaturization of existing DRAM devices are already beginning to be seen, the usefulness of the device of the present invention is of course obvious. As mentioned above, in the device of the present invention in which the first and second wide gap regions B (20) and D (40) are made of a semiconductor material, a so-called memory is installed in the peripheral circuit in order to actually operate the device. It is also true that there is a need to provide content playback functionality (refresh functionality). That is, it is necessary to read out the stored contents one bit at a time or one word at a time at fixed intervals determined by various parameters such as the element material, dimensions, bias, etc., and write the same information again.

そこで、この要請を簡単に満たすような回路例を考える
と、それは例えば第13A 、 B図示のようなアレイ
構成となる。
Therefore, considering an example of a circuit that easily satisfies this requirement, it would be an array configuration as shown in Figures 13A and 13B, for example.

この第13図に用いている本発明半導体記憶素子は第9
図示実施例のものを想定しているが、第13A図示の回
路はいわゆるワード−括消去に適したもの、第13B図
示のものはビット消去に適したものである。ここでは便
宜のため、キャリア捕獲領域30に電子を注入するモー
ドを消去モードとして置く。
The semiconductor memory element of the present invention used in FIG.
Although the illustrated embodiment is assumed, the circuit shown in No. 13A is suitable for so-called word-batch erasing, and the circuit shown in No. 13B is suitable for bit erasing. Here, for convenience, the mode in which electrons are injected into the carrier trapping region 30 is set as the erase mode.

第13A図示の回路での消去動作は、各素子の電位制御
領域に接続した電極76を連ねるワード線W、を所定の
値以上の高レベルにし、第一導電領域Eに相当する領域
に接続した電極75を連ねる消去線WIEを所定の値以
下の低レベルにすることで、当該消去線W、Hに継がる
素子を一括消去できる。
The erasing operation in the circuit shown in Figure 13A is performed by setting the word line W connecting the electrodes 76 connected to the potential control area of each element to a high level higher than a predetermined value, and connecting it to the area corresponding to the first conductive area E. By setting the erase line WIE connecting the electrodes 75 to a low level below a predetermined value, the elements connected to the erase lines W and H can be erased all at once.

以下、高レベル、低レベルとは、それぞれに関しての所
定の値を越えているもの、下回っているものの表記とし
、単に高レベル、低レベルと呼ぶものとするが、上記に
おいてワード線W1+1が低レベルならば、これに継が
っている素子は消去されない。
Hereinafter, high level and low level refer to those exceeding and below the respective predetermined values, and will simply be referred to as high level and low level, but in the above case, word line W1+1 is at low level. If so, the elements connected to this will not be erased.

ビット線B1とワード線W1とが交差する番地の素子に
情報の書込みを行ないたい場合には、ビット線B、の各
々に対応するビット線BI゛を高レベルにし、ワード線
W、を低レベルにして、他の番地の素子のビット線Bk
’(k≠i)は低レベルに、またワード線Wj’(j≠
i)を高レベルにする。さらに、当該化の番地の素子に
関するビット線Bk(k≠i)は低レベルとするので、
それらにおいての領域11への電子の引き出しは生じな
い。
When writing information to an element at an address where bit line B1 and word line W1 intersect, the bit line BI' corresponding to each bit line B is set to high level, and the word line W is set to low level. and the bit line Bk of the element at another address
'(k≠i) is set to low level, and the word line Wj'(j≠
i) to a high level. Furthermore, since the bit line Bk (k≠i) related to the element at the corresponding address is set to a low level,
No extraction of electrons to region 11 occurs in them.

これに対し、第13B図示のアレイ構成の場合には、消
去は同一のワード線に関してもビットごとに行なうこと
ができる。つまり、  DIE線が低レベルであってワ
ード線W、が高レベルである場合、それらの交点にある
番地の素子のみにおいてキャ5 リア捕獲領域30への電子の注入による消去が生じ、他
のB、E線を高レベル、ワード線W、を低レベルとして
置けば、それら他の番地の素子では消去動作が生じない
。書込みついては第13A図に即して説明したと同様で
ある。
On the other hand, in the case of the array configuration shown in Figure 13B, erasing can be performed bit by bit even on the same word line. In other words, when the DIE line is at a low level and the word line W is at a high level, erasing occurs only in the element whose address is at the intersection of these lines by injecting electrons into the carrier capture region 30, and the other B , E lines are set at high level and the word line W is set at low level, no erase operation occurs in the elements at these other addresses. Writing is the same as described with reference to FIG. 13A.

以上、本発明の各実施例につき詳記したが、なお、第一
半導体領域、第一、第二、第三広ギャップ領域等、各層
領域は実際に100人程0での形成も十分に考慮できる
ので、従来のDRAM素子構造では到底不能であった超
微細化も、本発明では現実的なものにすることができる
Although each embodiment of the present invention has been described in detail above, it should be noted that each layer region, such as the first semiconductor region, first, second, and third wide gap regions, may be actually formed by about 100 people. Therefore, ultra-fine design, which was completely impossible with conventional DRAM element structures, can be made practical with the present invention.

[効  果] 本発明によれば、すでに小型化の限界が見えてきた従来
のDRAM素子に代え、そのように超微細化の要求にも
良く応えることができ、高速で電気的な情報の書込みな
いし消去、あるいは書替えが可能な半導体記憶素子を提
供することができる。この結果、本素子を始め、本素子
を含む周辺回路の構成の簡易化、低電圧化を果たすこと
ができる。
[Effects] According to the present invention, in place of conventional DRAM elements whose miniaturization limits have already been seen, the present invention can better meet the demands for ultra-fine miniaturization and is capable of writing electrical information at high speed. A semiconductor memory element that can be erased, erased, or rewritten can be provided. As a result, it is possible to simplify the configuration of the present device and peripheral circuits including the present device, and to reduce the voltage.

6 また、本発明の半導体記憶素子は、本質的には不揮発性
メモリの構造要素をも含むから、各層領域に用いる材質
、組成その他種々のパラメータの研究により、本発明の
趣旨を脱却しない範囲でも、より一層の記憶内容保持期
間の延長が期待でき、当然、EEPROMとしての使用
可能性をも提供する。したがってまた、本発明は、将来
的にDRAMもEEPROMも、少なくとも素子構造と
して区別のない時代の到来が望まれているこの種の産業
界に対し、基本的な原理思想と原理構造を与える上でも
大いに役立つものである。
6 In addition, since the semiconductor memory element of the present invention essentially includes structural elements of a non-volatile memory, research on the materials, compositions, and various other parameters used in each layer region may be carried out without departing from the spirit of the present invention. , it can be expected that the storage content retention period will be further extended, and of course it also offers the possibility of being used as an EEPROM. Therefore, the present invention is also useful in providing a basic idea and structure to this type of industry, where it is hoped that in the future there will be no distinction between DRAM and EEPROM, at least in terms of element structure. It is very helpful.

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

第1図は本発明の半導体記憶素子における物的ないし幾
何的構造部分の基本的構成例の概略構成図 第2図は本発明の半導体記憶素子に採用可能な要部エネ
ルギ・バンド・ダイアグラムの第一、第二例の説明図。 第3図は本発明の半導体記憶素子に採用可能な他の要部
エネルギ・バンド・ダイアグラムを示す第三、第四の例
の説明図。 第4図は本発明の半導体記憶素子に採用可能なさらに他
の要部エネルギ・バンド・ダイアグラムの第五、第六例
の説明図。 第5図は本発明の半導体記憶素子に採用可能なまた別の
要部エネルギ・バンド・ダイアグラムの第七、第八例の
説明図。 第6図は第1図示実施例に改変を加えた本発明実施例の
断面構造に関する説明図。 第7図は本発明半導体記憶素子の他の実施例における断
面構造例の説明図。 第8図は本発明半導体記憶素子のさらに他の実施例の断
面構造に関する説明図。 第9図は本発明半導体記憶素子の具体的な一作成例の説
明図。 第10図は本発明半導体記憶朱子の他の作成例を伴う説
明図。 第11図は本発明半導体記憶素子のさらに他の作成例の
説明図。 第12図は第11図示の本発明半導体記憶素子の作成例
に改変を及ぼして得た実施例素子の概略構成図。 第13図は本発明半導体記憶素子をアレイ状に組んだ回
路例の説明図。 である。 図中、1は素子全体の物理的支持基板となる基板、A、
10は第一半導体領域、B、20は第一の広ギャップ領
域、C930はキャリア捕獲領域、D。 40は第二の広ギャップ領域、E、50は第一導電領域
、Fは第二導電領域、F−1,11は第二導電領域の第
一部分、F−2,12は第二導電領域の第二部分、G、
52は電位制御領域、I、130は第三の広ギャップ領
域、J 、 110は第三の導電領域、Kはしきい値可
変電界効果トランジスタ構造部分、CBは伝導帯端、V
Bは価電子帯端、である。  9 00 味 法 ω  の り   〉 coc。 O〉 区 区 465
FIG. 1 is a schematic diagram of a basic configuration example of a physical or geometric structure in a semiconductor memory device of the present invention. FIG. 2 is an energy band diagram of a main part that can be adopted in a semiconductor memory device of the present invention. Explanatory diagrams of the first and second examples. FIG. 3 is an explanatory diagram of third and fourth examples showing other main part energy band diagrams that can be adopted in the semiconductor memory element of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram of fifth and sixth examples of still other main part energy band diagrams that can be adopted in the semiconductor memory element of the present invention. FIG. 5 is an explanatory diagram of seventh and eighth examples of other main part energy band diagrams that can be adopted in the semiconductor memory element of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram of a cross-sectional structure of an embodiment of the present invention which is a modification of the first illustrated embodiment. FIG. 7 is an explanatory diagram of an example of a cross-sectional structure in another embodiment of the semiconductor memory element of the present invention. FIG. 8 is an explanatory diagram of the cross-sectional structure of still another embodiment of the semiconductor memory element of the present invention. FIG. 9 is an explanatory diagram of a specific example of manufacturing the semiconductor memory element of the present invention. FIG. 10 is an explanatory diagram with another example of manufacturing the semiconductor memory satin according to the present invention. FIG. 11 is an explanatory diagram of still another fabrication example of the semiconductor memory element of the present invention. FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an example device obtained by modifying the fabrication example of the semiconductor memory device of the present invention shown in FIG. 11. FIG. 13 is an explanatory diagram of an example of a circuit in which semiconductor memory elements of the present invention are assembled in an array. It is. In the figure, 1 is a substrate that serves as a physical support substrate for the entire device, A,
10 is a first semiconductor region, B, 20 is a first wide gap region, C930 is a carrier trapping region, D. 40 is the second wide gap region, E, 50 is the first conductive region, F is the second conductive region, F-1, 11 is the first part of the second conductive region, F-2, 12 is the second conductive region. Second part, G.
52 is a potential control region, I, 130 is a third wide gap region, J, 110 is a third conductive region, K is a variable threshold field effect transistor structure portion, CB is a conduction band edge, V
B is the valence band edge. 9 00 taste method ω seaweed 〉 coc. O〉 Ward 465

Claims (47)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)第一の半導体領域とキャリア捕獲領域との間に挟
まれ、エネルギ・バンド・ダイアグラム上で該キャリア
捕獲領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャッ
プ部分を少なくとも一部に有する第一の広ギャップ領域
と; 上記キャリア捕獲領域と第一の導電領域との間に挟まれ
、エネルギ・バンド・ダイアグラム上で該キャリア捕獲
領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャップ部
分を少なくとも一部に有する第二の広ギャップ領域とを
有し;上記第二の広ギャップ領域の伝導帯端は上記キャ
リア捕獲領域に近付くに従ってエネルギ・レベルが高ま
る勾配を持ち、価電子帯端は該キャリア捕獲領域に近付
くに従ってエネルギ・レベルが低下する勾配を持つこと
; を特徴とする半導体記憶素子。
(1) The first semiconductor region is sandwiched between the first semiconductor region and the carrier trapping region, and has at least a part of the band gap portion which is equal to or larger than the band gap of the carrier trapping region on the energy band diagram. A wide gap region; sandwiched between the carrier trapping region and the first conductive region, and having at least a part of the band gap portion that is equal to or larger than the band gap of the carrier trapping region on an energy band diagram. a second wide gap region; the conduction band edge of the second wide gap region has a gradient in which the energy level increases as it approaches the carrier trapping region, and the valence band edge approaches the carrier trapping region; A semiconductor memory element having a gradient in which the energy level decreases according to the following.
(2)上記第一の導電領域は、厚味方向または面内方向
に形成された広義のpn接合を含む請求項1に記載の半
導体記憶素子。
(2) The semiconductor memory element according to claim 1, wherein the first conductive region includes a broadly defined pn junction formed in the thickness direction or in-plane direction.
(3)上記第一の導電領域とは電位的に分離された状態
で形成され、上記キャリア捕獲領域の電位を制御する電
位制御領域を有する請求項1または2に記載の半導体記
憶素子。
(3) The semiconductor memory element according to claim 1 or 2, further comprising a potential control region that is formed to be electrically isolated from the first conductive region and controls the potential of the carrier trapping region.
(4)上記第一の広ギャップ領域と上記第一の半導体領
域の一方または双方に接するか、あるいは該第一の半導
体領域に接しながら上記キャリア捕獲領域に対向する第
二の導電領域を有する請求項1、2または3に記載の半
導体記憶素子。
(4) A claim comprising a second conductive region that is in contact with one or both of the first wide gap region and the first semiconductor region, or is in contact with the first semiconductor region and faces the carrier trapping region. The semiconductor memory element according to item 1, 2 or 3.
(5)上記第一の半導体領域と上記第一の広ギャップ領
域とが接している側とは対向する側において該第一の半
導体領域に接する第三の広ギャップ領域と、該第一半導
体領域とは対向する側で該第三の広ギャップ領域に接し
て設けられた第三の導電領域とを有する請求項1、2、
3または4に記載の半導体記憶素子。
(5) a third wide gap region in contact with the first semiconductor region on a side opposite to the side where the first semiconductor region and the first wide gap region are in contact; and a third wide gap region in contact with the first semiconductor region; and a third conductive region provided in contact with the third wide gap region on the opposite side.
5. The semiconductor memory element according to 3 or 4.
(6)第二の導電領域は互いに分離された第一部分と第
二部分とを有し、該第一、第二部分のいずれか一方をソ
ース、他方をドレインとし、上記第三導電領域をゲート
とする電界効果トランジスタ構造を含む請求項5に記載
の半導体記憶素子。
(6) The second conductive region has a first part and a second part separated from each other, one of the first and second parts is used as a source, the other as a drain, and the third conductive region is used as a gate. 6. The semiconductor memory element according to claim 5, comprising a field effect transistor structure.
(7)第一の半導体領域とキャリア捕獲領域との間に挟
まれ、エネルギ・バンド・ダイアグラム上で該キャリア
捕獲領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャッ
プ部分を少なくとも一部に有する第一の広ギャップ領域
と; 上記キャリア捕獲領域と第一の導電領域との間に挟まれ
、エネルギ・バンド・ダイアグラム上で該キャリア捕獲
領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャップ部
分を少なくとも一部に有する第二の広ギャップ領域と; 上記第一の広ギャップ領域と上記第一の半導体領域の一
方または双方に接するか、あるいは該第一の半導体領域
に接しながら上記キャリア捕獲領域に対向する第二の導
電領域とを有し;上記第一の広ギャップ領域の伝導帯端
は上記キャリア捕獲領域に近付くに従ってエネルギ・レ
ベルが高まる勾配を持ち、価電子帯端は該キャリア捕獲
領域に近付くに従ってエネルギ・レベルが低下する勾配
を持つこと; を特徴とする半導体記憶素子。
(7) The first semiconductor region is sandwiched between the first semiconductor region and the carrier trapping region, and has at least a part of the band gap portion which is equal to or larger than the band gap of the carrier trapping region on the energy band diagram. A wide gap region; sandwiched between the carrier trapping region and the first conductive region, and having at least a part of the band gap portion that is equal to or larger than the band gap of the carrier trapping region on an energy band diagram. a second wide gap region; a second wide gap region that is in contact with one or both of the first wide gap region and the first semiconductor region, or that is in contact with the first semiconductor region and faces the carrier trapping region; a conduction band edge of the first wide gap region has a gradient in which the energy level increases as it approaches the carrier trapping region, and a valence band edge has an energy level that increases as it approaches the carrier trapping region; 1. A semiconductor memory element characterized by having a decreasing slope.
(8)上記第一の導電領域は、厚味方向または面内方向
に形成された広義のpn接合を含む請求項7に記載の半
導体記憶素子。
(8) The semiconductor memory element according to claim 7, wherein the first conductive region includes a broadly defined pn junction formed in the thickness direction or in-plane direction.
(9)上記第一の導電領域とは電位的に分離された状態
で形成され、上記キャリア捕獲領域の電位を制御する電
位制御領域を有する請求項7または8に記載の半導体記
憶素子。
(9) The semiconductor memory element according to claim 7 or 8, further comprising a potential control region that is formed to be electrically isolated from the first conductive region and controls the potential of the carrier trapping region.
(10)上記第一の半導体領域と上記第一の広ギャップ
領域とが接している側とは対向する側において該第一の
半導体領域に接する第三の広ギャップ領域と、該第一半
導体領域とは対向する側で該第三の広ギャップ領域に接
して設けられた第三の導電領域とを有する請求項7、8
または9に記載の半導体記憶素子。
(10) a third wide gap region in contact with the first semiconductor region on a side opposite to the side where the first semiconductor region and the first wide gap region are in contact; and a third wide gap region in contact with the first semiconductor region; and a third conductive region provided in contact with the third wide gap region on the opposite side.
or 9. The semiconductor memory element according to 9.
(11)第二の導電領域は互いに分離された第一部分と
第二部分とを有し、該第一、第二部分のいずれか一方を
ソース、他方をドレインとし、上記第三導電領域をゲー
トとする電界効果トランジスタ構造を含む請求項10に
記載の半導体記憶素子。
(11) The second conductive region has a first portion and a second portion separated from each other, one of the first and second portions is used as a source, the other as a drain, and the third conductive region is used as a gate. 11. The semiconductor memory element according to claim 10, comprising a field effect transistor structure.
(12)第一の半導体領域とキャリア捕獲領域との間に
挟まれ、エネルギ・バンド・ダイアグラム上で該キャリ
ア捕獲領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャ
ップ部分を少なくとも一部に有する第一の広ギャップ領
域と; 上記キャリア捕獲領域と第一の導電領域との間に挟まれ
、エネルギ・バンド・ダイアグラム上で該キャリア捕獲
領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャップ部
分を少なくとも一部に有する第二の広ギャップ領域とを
有し;上記第一の広ギャップ領域の伝導帯端は上記キャ
リア捕獲領域に近付くに従ってエネルギ・レベルが高ま
る勾配を持ち; かつ、上記第二の広ギャップ領域の伝導帯端は上記キャ
リア捕獲領域から離れるに従ってエネルギ・レベルが高
まる勾配を持つこと; を特徴とする半導体記憶素子。
(12) A first semiconductor region which is sandwiched between the first semiconductor region and the carrier trapping region and has at least a part of the band gap portion which is equal to or larger than the band gap of the carrier trapping region on the energy band diagram. A wide gap region; sandwiched between the carrier trapping region and the first conductive region, and having at least a part of the band gap portion that is equal to or larger than the band gap of the carrier trapping region on an energy band diagram. a second wide gap region; the conduction band edge of the first wide gap region has a gradient of increasing energy level as it approaches the carrier trapping region; A semiconductor memory element characterized in that the band edge has a gradient in which the energy level increases as the distance from the carrier trapping region increases.
(13)上記第一の導電領域は、厚味方向または面内方
向に形成された広義のpn接合を含む請求項12に記載
の半導体記憶素子。
(13) The semiconductor memory element according to claim 12, wherein the first conductive region includes a broadly defined pn junction formed in a thickness direction or an in-plane direction.
(14)上記第一の導電領域とは電位的に分離された状
態で形成され、上記キャリア捕獲領域の電位を制御する
電位制御領域を有する請求項12または13に記載の半
導体記憶素子。
(14) The semiconductor memory element according to claim 12 or 13, further comprising a potential control region that is formed to be electrically isolated from the first conductive region and controls the potential of the carrier trapping region.
(15)上記第一の広ギャップ領域と上記第一の半導体
領域の一方または双方に接するか、あるいは該第一の半
導体領域に接しながら上記キャリア捕獲領域に対向する
第二の導電領域を有する請求項12、13または14に
記載の半導体記憶素子。
(15) A second conductive region that is in contact with one or both of the first wide gap region and the first semiconductor region, or that is in contact with the first semiconductor region and faces the carrier trapping region. 15. The semiconductor memory element according to item 12, 13, or 14.
(16)上記第一の半導体領域と上記第一の広ギャップ
領域とが接している側とは対向する側において該第一の
半導体領域に接する第三の広ギャップ領域と、該第一半
導体領域とは対向する側で該第三の広ギャップ領域に接
して設けられた第三の導電領域とを有する請求項12、
13、14または15に記載の半導体記憶素子。
(16) a third wide gap region in contact with the first semiconductor region on a side opposite to the side where the first semiconductor region and the first wide gap region are in contact; and a third wide gap region in contact with the first semiconductor region; and a third conductive region provided in contact with the third wide gap region on an opposite side.
16. The semiconductor memory element according to 13, 14 or 15.
(17)第二の導電領域は互いに分離された第一部分と
第二部分とを有し、該第一、第二部分のいずれか一方を
ソース、他方をドレインとし、上記第三導電領域をゲー
トとする電界効果トランジスタ構造を含む請求項16に
記載の半導体記憶素子。
(17) The second conductive region has a first part and a second part separated from each other, one of the first and second parts is used as a source, the other as a drain, and the third conductive region is used as a gate. 17. The semiconductor memory element according to claim 16, comprising a field effect transistor structure.
(18)第一の半導体領域とキャリア捕獲領域との間に
挟まれ、エネルギ・バンド・ダイアグラム上で該キャリ
ア捕獲領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャ
ップ部分を少なくとも一部に有する第一の広ギャップ領
域と; 上記キャリア捕獲領域と第一の導電領域との間に挟まれ
、エネルギ・バンド・ダイアグラム上で該キャリア捕獲
領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャップ部
分を少なくとも一部に有する第二の広ギャップ領域とを
有し;上記第一の広ギャップ領域の価電子帯端は上記キ
ャリア捕獲領域に近付くに従ってエネルギ・レベルが低
下する勾配を持ち; かつ、上記第二の広ギャップ領域の価電子帯端は上記キ
ャリア捕獲領域から離れるに従ってエネルギ・レベルが
低下する勾配を持つこと; を特徴とする半導体記憶素子。
(18) The first semiconductor region is sandwiched between the first semiconductor region and the carrier trapping region, and has at least a part of the band gap portion which is equal to or larger than the band gap of the carrier trapping region on the energy band diagram. A wide gap region; sandwiched between the carrier trapping region and the first conductive region, and having at least a part of the band gap portion that is equal to or larger than the band gap of the carrier trapping region on an energy band diagram. a second wide-gap region; the valence band edge of the first wide-gap region has a gradient in which the energy level decreases as it approaches the carrier trapping region; and the second wide-gap region The valence band edge of has a gradient in which the energy level decreases as it moves away from the carrier trapping region.
(19)上記第一の導電領域は、厚味方向または面内方
向に形成された広義のpn接合を含む請求項18に記載
の半導体記憶素子。
(19) The semiconductor memory element according to claim 18, wherein the first conductive region includes a pn junction in a broad sense formed in a thickness direction or an in-plane direction.
(20)上記第一の導電領域とは電位的に分離された状
態で形成され、上記キャリア捕獲領域の電位を制御する
電位制御領域を有する請求項18または19に記載の半
導体記憶素子。
(20) The semiconductor memory element according to claim 18 or 19, further comprising a potential control region that is formed to be electrically isolated from the first conductive region and controls the potential of the carrier trapping region.
(21)上記第一の広ギャップ領域と上記第一の半導体
領域の一方または双方に接するか、あるいは該第一の半
導体領域に接しながら上記キャリア捕獲領域に対向する
第二の導電領域を有する請求項18、19または20に
記載の半導体記憶素子。
(21) A claim comprising a second conductive region that is in contact with one or both of the first wide gap region and the first semiconductor region, or is in contact with the first semiconductor region and faces the carrier trapping region. 21. The semiconductor memory element according to item 18, 19 or 20.
(22)上記第一の半導体領域と上記第一の広ギャップ
領域とが接している側とは対向する側において該第一の
半導体領域に接する第三の広ギャップ領域と、該第一半
導体領域とは対向する側で該第三の広ギャップ領域に接
して設けられた第三の導電領域とを有する請求項18、
19、20または21に記載の半導体記憶素子。
(22) a third wide gap region in contact with the first semiconductor region on a side opposite to the side where the first semiconductor region and the first wide gap region are in contact; and a third wide gap region in contact with the first semiconductor region; and a third conductive region provided in contact with the third wide gap region on an opposite side.
22. The semiconductor memory element according to 19, 20 or 21.
(23)第二の導電領域は互いに分離された第一部分と
第二部分とを有し、該第一、第二部分のいずれか一方を
ソース、他方をドレインとし、上記第三導電領域をゲー
トとする電界効果トランジスタ構造を含む請求項22に
記載の半導体記憶素子。
(23) The second conductive region has a first part and a second part separated from each other, one of the first and second parts is used as a source, the other as a drain, and the third conductive region is used as a gate. 23. The semiconductor memory element according to claim 22, comprising a field effect transistor structure.
(24)第一の半導体領域とキャリア捕獲領域との間に
挟まれ、エネルギ・バンド・ダイアグラム上で該キャリ
ア捕獲領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャ
ップ部分を少なくとも一部に有する第一の広ギャップ領
域と; 上記キャリア捕獲領域と第一の導電領域との間に挟まれ
、エネルギ・バンド・ダイアグラム上で該キャリア捕獲
領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャップ部
分を少なくとも一部に有する第二の広ギャップ領域とを
有し;上記第一の広ギャップ領域の伝導帯端は上記キャ
リア捕獲領域に近付くに従ってエネルギ・レベルが低下
する勾配を持ち; かつ、上記第二の広ギャップ領域の伝導帯端は上記キャ
リア捕獲領域から離れるに従ってエネルギ・レベルが低
下する勾配を持つこと;を特徴とする半導体記憶素子。
(24) The first semiconductor region is sandwiched between the first semiconductor region and the carrier trapping region, and has at least a part of the band gap portion which is equal to or larger than the band gap of the carrier trapping region on the energy band diagram. A wide gap region; sandwiched between the carrier trapping region and the first conductive region, and having at least a part of the band gap portion that is equal to or larger than the band gap of the carrier trapping region on an energy band diagram. a second wide gap region; the conduction band edge of the first wide gap region has a gradient in which the energy level decreases as it approaches the carrier trapping region; A semiconductor memory element characterized in that the conduction band edge has a gradient in which the energy level decreases as the distance from the carrier trapping region increases.
(25)上記第一の導電領域は、厚味方向または面内方
向に形成された広義のpn接合を含む請求項24に記載
の半導体記憶素子。
(25) The semiconductor memory element according to claim 24, wherein the first conductive region includes a pn junction in a broad sense formed in the thickness direction or in-plane direction.
(26)上記第一の導電領域とは電位的に分離された状
態で形成され、上記キャリア捕獲領域の電位を制御する
電位制御領域を有する請求項24または25に記載の半
導体記憶素子。
(26) The semiconductor memory element according to claim 24 or 25, further comprising a potential control region that is formed to be electrically isolated from the first conductive region and controls the potential of the carrier trapping region.
(27)上記第一の広ギャップ領域と上記第一の半導体
領域の一方または双方に接するか、あるいは該第一の半
導体領域に接しながら上記キャリア捕獲領域に対向する
第二の導電領域を有する請求項24、25または26に
記載の半導体記憶素子。
(27) A claim comprising a second conductive region that is in contact with one or both of the first wide gap region and the first semiconductor region, or is in contact with the first semiconductor region and faces the carrier trapping region. 27. The semiconductor memory element according to item 24, 25 or 26.
(28)上記第一の半導体領域と上記第一の広ギャップ
領域とが接している側とは対向する側において該第一の
半導体領域に接する第三の広ギャップ領域と、該第一半
導体領域とは対向する側で該第三の広ギャップ領域に接
して設けられた第三の導電領域とを有する請求項24、
25、26または27に記載の半導体記憶素子。
(28) a third wide gap region that is in contact with the first semiconductor region on a side opposite to the side where the first semiconductor region and the first wide gap region are in contact; and a third wide gap region that is in contact with the first semiconductor region; and a third conductive region provided in contact with the third wide gap region on an opposite side.
28. The semiconductor memory element according to 25, 26 or 27.
(29)第二の導電領域は互いに分離された第一部分と
第二部分とを有し、該第一、第二部分のいずれか一方を
ソース、他方をドレインとし、上記第三導電領域をゲー
トとする電界効果トランジスタ構造を含む請求項28に
記載の半導体記憶素子。
(29) The second conductive region has a first portion and a second portion separated from each other, one of the first and second portions is used as a source, the other as a drain, and the third conductive region is used as a gate. The semiconductor memory element according to claim 28, comprising a field effect transistor structure.
(30)第一の半導体領域とキャリア捕獲領域との間に
挟まれ、エネルギ・バンド・ダイアグラム上で該キャリ
ア捕獲領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャ
ップ部分を少なくとも一部に有する第一の広ギャップ領
域と; 上記キャリア捕獲領域と第一の導電領域との間に挟まれ
、エネルギ・バンド・ダイアグラム上で該キャリア捕獲
領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャップ部
分を少なくとも一部に有する第二の広ギャップ領域とを
有し;上記第一の広ギャップ領域の価電子帯端は上記キ
ャリア捕獲領域に近付くに従ってエネルギ・レベルが高
まる勾配を持ち; かつ、上記第二の広ギャップ領域の価電子帯端は上記キ
ャリア捕獲領域から離れるに従ってエネルギ・レベルが
高まる勾配を持つこと;を特徴とする半導体記憶素子。
(30) The first semiconductor region is sandwiched between the first semiconductor region and the carrier trapping region and has at least a part of the band gap portion which is equal to or larger than the band gap of the carrier trapping region on the energy band diagram. A wide gap region; sandwiched between the carrier trapping region and the first conductive region, and having at least a part of the band gap portion that is equal to or larger than the band gap of the carrier trapping region on an energy band diagram. a second wide gap region; the valence band edge of the first wide gap region has a gradient of increasing energy level as it approaches the carrier trapping region; A semiconductor memory element characterized in that the valence band edge has a gradient in which the energy level increases as the distance from the carrier trapping region increases.
(31)上記第一の導電領域は、厚味方向または面内方
向に形成された広義のpn接合を含む請求項30に記載
の半導体記憶素子。
(31) The semiconductor memory element according to claim 30, wherein the first conductive region includes a pn junction in a broad sense formed in a thickness direction or an in-plane direction.
(32)上記第一の導電領域とは電位的に分離された状
態で形成され、上記キャリア捕獲領域の電位を制御する
電位制御領域を有する請求項30または31に記載の半
導体記憶素子。
(32) The semiconductor memory element according to claim 30 or 31, further comprising a potential control region that is formed to be electrically isolated from the first conductive region and controls the potential of the carrier trapping region.
(33)上記第一の広ギャップ領域と上記第一の半導体
領域の一方または双方に接するか、あるいは該第一の半
導体領域に接しながら上記キャリア捕獲領域に対向する
第二の導電領域を有する請求項30、31または32に
記載の半導体記憶素子。
(33) A claim comprising a second conductive region that is in contact with one or both of the first wide gap region and the first semiconductor region, or is in contact with the first semiconductor region and faces the carrier trapping region. The semiconductor memory element according to item 30, 31 or 32.
(34)上記第一の半導体領域と上記第一の広ギャップ
領域とが接している側とは対向する側において上記第一
の半導体領域に接する第三の広ギャップ領域と、該第一
半導体領域とは対向する側で該第三の広ギャップ領域に
接して設けられた第三の導電領域とを有する請求項30
、31、32または33に記載の半導体記憶素子。
(34) a third wide gap region that is in contact with the first semiconductor region on a side opposite to the side where the first semiconductor region and the first wide gap region are in contact with each other; and a third wide gap region that is in contact with the first semiconductor region; and a third conductive region provided in contact with the third wide gap region on the opposite side.
, 31, 32 or 33.
(35)第二の導電領域は互いに分離された第一部分と
第二部分とを有し、該第一、第二部分のいずれか一方を
ソース、他方をドレインとし、上記第三導電領域をゲー
トとする電界効果トランジスタ構造を含む請求項34に
記載の半導体記憶素子。
(35) The second conductive region has a first part and a second part separated from each other, one of the first and second parts is used as a source, the other as a drain, and the third conductive region is used as a gate. 35. The semiconductor memory element according to claim 34, comprising a field effect transistor structure.
(36)第一の半導体領域とキャリア捕獲領域との間に
挟まれ、エネルギ・バンド・ダイアグラム上で該キャリ
ア捕獲領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャ
ップ部分を少なくとも一部に有する第一の広ギャップ領
域と; 上記キャリア捕獲領域と第一の導電領域との間に挟まれ
、エネルギ・バンド・ダイアグラム上で該キャリア捕獲
領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャップ部
分を少なくとも一部に有する第二の広ギャップ領域とを
有し;上記第一の広ギャップ領域の価電子帯端は上記キ
ャリア捕獲領域に近付くに従ってエネルギ・レベルが低
下する勾配を持ち; かつ、上記第二の広ギャップ領域の伝導帯端は上記キャ
リア捕獲領域から離れるに従ってエネルギ・レベルが低
下する勾配を持つこと;を特徴とする半導体記憶素子。
(36) The first semiconductor region is sandwiched between the first semiconductor region and the carrier trapping region, and has at least a part of the band gap portion which is equal to or larger than the band gap of the carrier trapping region on the energy band diagram. A wide gap region; sandwiched between the carrier trapping region and the first conductive region, and having at least a part of the band gap portion that is equal to or larger than the band gap of the carrier trapping region on an energy band diagram. a second wide-gap region; the valence band edge of the first wide-gap region has a gradient in which the energy level decreases as it approaches the carrier trapping region; and the second wide-gap region A conduction band edge of has a gradient in which the energy level decreases as it moves away from the carrier trapping region.
(37)上記第一の導電領域は、厚味方向または面内方
向に形成された広義のpn接合を含む請求項36に記載
の半導体記憶素子。
(37) The semiconductor memory element according to claim 36, wherein the first conductive region includes a pn junction in a broad sense formed in a thickness direction or an in-plane direction.
(38)上記第一の導電領域とは電位的に分離された状
態で形成され、上記キャリア捕獲領域の電位を制御する
電位制御領域を有する請求項36または37に記載の半
導体記憶素子。
(38) The semiconductor memory element according to claim 36 or 37, further comprising a potential control region that is formed to be electrically isolated from the first conductive region and controls the potential of the carrier trapping region.
(39)上記第一の広ギャップ領域と上記第一の半導体
領域の一方または双方に接するか、あるいは該第一の半
導体領域に接しながら上記キャリア捕獲領域に対向する
第二の導電領域を有する請求項36、37または38に
記載の半導体記憶素子。
(39) A claim comprising a second conductive region that is in contact with one or both of the first wide gap region and the first semiconductor region, or is in contact with the first semiconductor region and faces the carrier trapping region. The semiconductor memory element according to item 36, 37 or 38.
(40)上記第一の半導体領域と上記第一の広ギャップ
領域とが接している側とは対向する側において該第一の
半導体領域に接する第三の広ギャップ領域と、該第一半
導体領域とは対向する側で該第三の広ギャップ領域に接
して設けられた第三の導電領域とを有する請求項36、
37、38または39に記載の半導体記憶素子。
(40) a third wide gap region in contact with the first semiconductor region on a side opposite to the side where the first semiconductor region and the first wide gap region are in contact; and a third wide gap region in contact with the first semiconductor region; and a third conductive region provided in contact with the third wide gap region on an opposite side.
39. The semiconductor memory element according to 37, 38 or 39.
(41)第二の導電領域は互いに分離された第一部分と
第二部分とを有し、該第一、第二部分のいずれか一方を
ソース、他方をドレインとし、上記第三導電領域をゲー
トとする電界効果トランジスタ構造を含む請求項40に
記載の半導体記憶素子。
(41) The second conductive region has a first part and a second part separated from each other, one of the first and second parts is used as a source, the other as a drain, and the third conductive region is used as a gate. 41. The semiconductor memory element according to claim 40, comprising a field effect transistor structure.
(42)第一の半導体領域とキャリア捕獲領域との間に
挟まれ、エネルギ・バンド・ダイアグラム上で該キャリ
ア捕獲領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャ
ップ部分を少なくとも一部に有する第一の広ギャップ領
域と; 上記キャリア捕獲領域と第一の導電領域との間に挟まれ
、エネルギ・バンド・ダイアグラム上で該キャリア捕獲
領域のバンド・ギャップ以上となるバンド・ギャップ部
分を少なくとも一部に有する第二の広ギャップ領域とを
有し;上記第一の広ギャップ領域の伝導帯端は上記キャ
リア捕獲領域に近付くに従ってエネルギ・レベルが高ま
る勾配を持ち; かつ、上記第二の広ギャップ領域の価電子帯端は上記キ
ャリア捕獲領域から離れるに従ってエネルギ・レベルが
高まる勾配を持つこと;を特徴とする半導体記憶素子。
(42) The first semiconductor region is sandwiched between the first semiconductor region and the carrier trapping region, and has at least a part of the band gap portion which is equal to or larger than the band gap of the carrier trapping region on the energy band diagram. A wide gap region; sandwiched between the carrier trapping region and the first conductive region, and having at least a part of the band gap portion that is equal to or larger than the band gap of the carrier trapping region on an energy band diagram. a second wide gap region; the conduction band edge of the first wide gap region has a gradient in which the energy level increases as it approaches the carrier trapping region; A semiconductor memory element characterized in that the electron band edge has a gradient in which the energy level increases as the distance from the carrier trapping region increases.
(43)上記第一の導電領域は、厚味方向または面内方
向に形成された広義のpn接合を含む請求項42に記載
の半導体記憶素子。
(43) The semiconductor memory element according to claim 42, wherein the first conductive region includes a pn junction in a broad sense formed in a thickness direction or an in-plane direction.
(44)上記第一の導電領域とは電位的に分離された状
態で形成され、上記キャリア捕獲領域の電位を制御する
電位制御領域を有する請求項42または43に記載の半
導体記憶素子。
(44) The semiconductor memory element according to claim 42 or 43, further comprising a potential control region that is formed to be electrically isolated from the first conductive region and controls the potential of the carrier trapping region.
(45)上記第一の広ギャップ領域と上記第一の半導体
領域の一方または双方に接するか、あるいは該第一の半
導体領域に接しながら上記キャリア捕獲領域に対向する
第二の導電領域を有する請求項42、43または44に
記載の半導体記憶素子。
(45) A claim comprising a second conductive region that is in contact with one or both of the first wide gap region and the first semiconductor region, or is in contact with the first semiconductor region and faces the carrier trapping region. 45. The semiconductor memory element according to item 42, 43, or 44.
(46)上記第一の半導体領域と上記第一の広ギャップ
領域とが接している側とは対向する側において該第一の
半導体領域に接する第三の広ギャップ領域と、該第一半
導体領域とは対向する側で該第三の広ギャップ領域に接
して設けられた第三の導電領域とを有する請求項42、
43、44または45に記載の半導体記憶素子。
(46) a third wide gap region in contact with the first semiconductor region on a side opposite to the side where the first semiconductor region and the first wide gap region are in contact; and a third wide gap region in contact with the first semiconductor region; and a third conductive region provided in contact with the third wide gap region on an opposite side.
45. The semiconductor memory element according to 43, 44 or 45.
(47)第二の導電領域は互いに分離された第一部分と
第二部分とを有し、該第一、第二部分のいずれか一方を
ソース、他方をドレインとし、上記第三導電領域をゲー
トとする電界効果トランジスタ構造を含む請求項46に
記載の半導体記憶素子。
(47) The second conductive region has a first part and a second part separated from each other, one of the first and second parts is used as a source, the other as a drain, and the third conductive region is used as a gate. 47. The semiconductor memory element according to claim 46, comprising a field effect transistor structure.
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