JPH04111472A - Thin film transistor memory - Google Patents

Thin film transistor memory

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JPH04111472A
JPH04111472A JP2230916A JP23091690A JPH04111472A JP H04111472 A JPH04111472 A JP H04111472A JP 2230916 A JP2230916 A JP 2230916A JP 23091690 A JP23091690 A JP 23091690A JP H04111472 A JPH04111472 A JP H04111472A
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gate electrode
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裕康 山田
Shunichi Sato
俊一 佐藤
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Abstract

PURPOSE:To made it possible to write in/erase on a bit basis only with form terminals of an source electrode, a drain electrode, a selection gate electrode, and a memory gate electrode by arranging a first selection transistor and a second selection transistor so as to carry out one sided channel operation and a memory transistor to carry out both sided channel operation, depending on the direction of a field to be applied. CONSTITUTION:A first selection transistor Tr 11 is arrayed in the direction of a channel while a memory transistor Tr 10 and a selection transistor Tr 12 are laid out in series where the first selection transistor Tr 11 and the second selection transistor Tr 12 are adapted to carry out one sided channel operation while the memory transistor is arranged to carry out both sided channel operation, Moreover, this construction makes it possible to write in/erase the interior of a memory array electrically and selectively only with four terminals of a source electrode 25, a drain electrodes 22 and 23 and a memory gate electrode 36. Especially, compared with the prior art memory structure which is unable to erase p channels and write in n channels, higher speed operation can be expected.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、薄膜トランジスタを用いた電気的に書込み・
消去が可能な簿膜トランジスタメモリに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention provides electrical writing and writing using thin film transistors.
This invention relates to an erasable film transistor memory.

[従来の技術] 電気的に書込み消去が可能なEEPROMは、MNO3
型構造と、フローティングゲート型構造がある。何れも
、書込み/消去にトンネル効果(tunnel eff
ect)を用いるため、書込み消去電流が極めて小さい
。そのため、このEEPROMをデータメモリとして電
子手帳等の電子機器に使用した場合、全ビットの同時消
去や、ページ単位の書込み/消去など多機能な電子機器
が開発できる。
[Prior art] EEPROM that can be electrically written and erased is MNO3.
There are two types: type structure and floating gate type structure. In either case, there is a tunnel effect in writing/erasing.
ect), the write/erase current is extremely small. Therefore, when this EEPROM is used as a data memory in an electronic device such as an electronic notebook, it is possible to develop a multifunctional electronic device such as erasing all bits simultaneously and writing/erasing in page units.

MNO3型メモリセルは、MOSFETのゲート酸化膜
を、ごく薄い酸化膜(〜2OA)と窒化膜(〜500人
)の二重層構造に置き換えたFETであり、金属−窒化
物一酸化物一半導体(MNOS)構造FETである。第
12図はnチャネルMNOSメモリセルの断面構造を示
す図である。
The MNO3 type memory cell is an FET in which the gate oxide film of the MOSFET is replaced with a double layer structure of an extremely thin oxide film (~2OA) and a nitride film (~500A), and is made of a metal-nitride monoxide-semiconductor ( MNOS) structure FET. FIG. 12 is a diagram showing a cross-sectional structure of an n-channel MNOS memory cell.

第12図に示すようにMNOSメモリ1は、n型S1基
板2に例えばボロン(B)を堆積後熱拡散させてp−w
el13を形成し、その後リン(P)を打ち込んでソー
ス、ドレインとなるn+拡散層4.5を形成する。その
後、その上に例えば熱酸化によって薄いSin、酸化膜
6を堆積し、制御ゲート12(後述)の真下のみを残し
て除去する。
As shown in FIG. 12, the MNOS memory 1 is constructed by depositing, for example, boron (B) on an n-type S1 substrate 2 and then thermally diffusing it into a p-w
el13 is formed, and then phosphorus (P) is implanted to form an n+ diffusion layer 4.5 which will become a source and a drain. Thereafter, a thin Si oxide film 6 is deposited thereon by, for example, thermal oxidation, and is removed leaving only the area directly below the control gate 12 (described later).

次いで、絶縁層7、選択ゲート8、分離ゲート9、絶縁
層10、シリコン窒化膜11及びメモリゲート(制御ゲ
ート)12を形成する。
Next, an insulating layer 7, a selection gate 8, an isolation gate 9, an insulating layer 10, a silicon nitride film 11, and a memory gate (control gate) 12 are formed.

このMNOSメモリ1でのデータの書込みは、n+拡散
層4から窒化膜11へ薄い酸化膜6を通し電子(あるい
は正孔)をトンネリングで送り込むことにより行なわれ
る。窒化膜11中に移った電子のうち、酸化膜−窒化膜
界面や窒化膜11中に存在する深いエネルギレベル(ト
ラップ)にとらえられたものが、データの保持に寄与す
る。窒化膜11中には、電子に対するトラップのみなら
ず正孔に対するトラップも存在することが知られており
、選択ゲート8の電圧を負にして正孔のトンネリングに
よって書き込むことも可能である。
Data is written in the MNOS memory 1 by tunneling electrons (or holes) from the n+ diffusion layer 4 to the nitride film 11 through the thin oxide film 6. Of the electrons transferred into the nitride film 11, those captured at the oxide film-nitride film interface or at deep energy levels (traps) existing in the nitride film 11 contribute to data retention. It is known that not only traps for electrons but also traps for holes exist in the nitride film 11, and it is also possible to write by tunneling holes by setting the voltage of the selection gate 8 negative.

なお、書込みには、25V程度の電圧パルス(〜10m
5ec)を印加する。このようにして、書き込まれたM
NOSメモリlは高いスレッショルド電圧を持つように
なる。
Note that for writing, a voltage pulse of about 25V (~10m
5ec) is applied. In this way, the written M
NOS memory l will have a high threshold voltage.

一方、MNOSメモリ1のデータの消去は、書き込みと
逆極性の電圧パルスを選択ゲート8に加えることによっ
て行なう。エネルギレベルにとらえられている電子を追
い出す必要があるため、書き込みパルスより高圧で幅の
広いパルス(例えば−30V、  100m5ec)を
加える必要がある。
On the other hand, data in the MNOS memory 1 is erased by applying a voltage pulse having a polarity opposite to that of writing to the selection gate 8. Since it is necessary to expel the electrons trapped in the energy level, it is necessary to apply a pulse (for example, -30V, 100m5ec) that is higher in voltage and wider than the write pulse.

第13図はp−wel13を利用したMNOSメモリ1
の書込み/消去駆動方法を示す図であり、第13図(A
)は第12図のMNOSメモリ1の等価回路を示してい
る。図中、Vpは書込み/消去電圧を、V ONは選択
ゲートが開く電圧を示すものとすると、各電極に印加す
る電圧によって第13図(B)〜(F)に示すような書
込み/消去制御が実現する。
Figure 13 shows MNOS memory 1 using p-well 13.
FIG. 13 (A) is a diagram showing a write/erase driving method of
) shows an equivalent circuit of the MNOS memory 1 in FIG. In the figure, Vp is the write/erase voltage, and VON is the voltage at which the selection gate opens, and the write/erase control as shown in FIGS. 13(B) to (F) is performed depending on the voltage applied to each electrode. will be realized.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、このような従来のEEPROMにあって
は、Si基板2内にp−wel13を形成し、その上に
MNO3構造のメモリゲート12を有するnchトラン
ジスタを形成してメモリトランジスタを構成していたた
め、あくまでMOSトランジスタ製造工程技術の延長上
のものにすぎず、p−wel13等の拡散領域を形成す
る必要があるため大面積化することは困難であった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in such a conventional EEPROM, a p-well 13 is formed in the Si substrate 2, and an nch transistor having a memory gate 12 with an MNO3 structure is formed thereon. Since the memory transistor was constructed using the same method, it was merely an extension of the MOS transistor manufacturing process technology, and it was difficult to increase the area because it was necessary to form a diffusion region such as a p-well 13.

また、書込み/消、去時の駆動方法としては第13図に
示したようにソース・ドレインと選択ゲート8、メモリ
ゲート12の他にp−wel13の電位をも利用するた
め電極数も多く、制御も複雑であるという問題点があっ
た。
In addition, as shown in FIG. 13, the driving method during writing/erasing uses the potential of the p-well 13 in addition to the source/drain, selection gate 8, and memory gate 12, so the number of electrodes is large. There was also a problem that the control was complicated.

本発明の目的は、製造工程を大幅に減少させるとともに
、高集積化及び低コスト化を図ることができる薄膜トラ
ンジスタを用いた薄膜トランジスタメモリ構造を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thin film transistor memory structure using thin film transistors that can significantly reduce manufacturing steps and achieve higher integration and lower costs.

[課題を解決するための手段] 本発明による薄膜トランジスタメモリは上記目的達成の
ため、半導体層と、この半導体層に電気的に接続された
ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記
ドレイン1!極との間に形成されたフローティングの中
間ソース電極及びドレイン電極と、書込みの選択/非選
択を制御する選択電圧が印加される第1の選択ゲート電
極及び第2の選択ゲート電極と、所定のキャリアを移動
させるゲート電圧が印加されるメモリゲート電極とを備
えた薄膜トランジスタメモリであって、前記第1の選択
ゲート電極と、前記ソース電極及び前記中間ソース電極
と、前記半導体層とからなる第1の選択トランジスタは
、前記ソース電極と前記ソース電極との間で形成された
前記半導体層のチャネル部を片チャネル動作するように
制御されるとともに、前記第2の選択ゲート電極と、前
記ドレイン電極及び前記中間ドレイン電極と、前記半導
体層とからなる第2の選択トランジスタは、前記ドレイ
ン電極と前記中間ドレイン電極との間で形成される前記
半導体層のチャネル部を片チャネル動作するように制御
され、前記メモリゲート電極と、前記中間ソース電極及
びドレイン電極と、前記半導体層とからなるメモリトラ
ンジスタは、前記メモリゲート電極と前記中間ソース電
極及びドレイン電極との間で形成された前記半導体層の
チャネル部に印加する電界の方向によって両チャネル動
作するように制御するようにしたものである。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the thin film transistor memory according to the present invention includes a semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode electrically connected to the semiconductor layer, and the source electrode and the drain 1! a floating intermediate source electrode and a drain electrode formed between the electrodes, a first selection gate electrode and a second selection gate electrode to which a selection voltage for controlling write selection/non-selection is applied, and a predetermined electrode. A thin film transistor memory comprising a memory gate electrode to which a gate voltage for moving carriers is applied, the first selection gate electrode comprising the first selection gate electrode, the source electrode and the intermediate source electrode, and the semiconductor layer. The selection transistor is controlled so that a channel portion of the semiconductor layer formed between the source electrodes operates in one channel, and the second selection gate electrode, the drain electrode and A second selection transistor including the intermediate drain electrode and the semiconductor layer is controlled to perform one-channel operation in a channel portion of the semiconductor layer formed between the drain electrode and the intermediate drain electrode, A memory transistor including the memory gate electrode, the intermediate source and drain electrodes, and the semiconductor layer has a channel portion of the semiconductor layer formed between the memory gate electrode and the intermediate source and drain electrodes. Both channels are controlled to operate depending on the direction of the electric field applied to the channel.

[作用] 上記した手段によれば、薄膜トランジスタメモリは、第
1の選択トランジスタ及び第2の選択トランジスタが片
チャネル動作でありながらビット単位で消去が可能とな
り、非選択時にデータが変動するのを防止することがで
き、また、メモリトランジスタは両チャネル動作するた
め逆側キャリアの注入を効率よく行なうことができる。
[Operation] According to the above-described means, the thin film transistor memory enables erasing in units of bits even though the first selection transistor and the second selection transistor operate in one channel, and prevents data from changing when not selected. In addition, since the memory transistor operates in both channels, reverse side carrier injection can be performed efficiently.

また、ソース電極、ドレイン電極、選択ゲート電極及び
メモリゲート電極の4端子だけでメモリアレイ内部を電
気的に選択的に書込み/消去することが可能になる。
Further, it becomes possible to electrically selectively write/erase the inside of the memory array using only four terminals: a source electrode, a drain electrode, a selection gate electrode, and a memory gate electrode.

[実施例] 以下、本発明を図面に基づいて説明する。[Example] Hereinafter, the present invention will be explained based on the drawings.

第1図〜第11図は本発明に係る薄膜トランジスタメモ
リの第1実施例を示す図であり、第1図〜第5図は薄膜
トランジスタメモリの製造工程図である。
1 to 11 are diagrams showing a first embodiment of a thin film transistor memory according to the present invention, and FIGS. 1 to 5 are manufacturing process diagrams of the thin film transistor memory.

まず、第1図に示すように、ガラス等からなる絶縁性基
板21上に、例えばクロム(Cr)からなる導電層をス
パッタ法等により堆積し、パターニングして選択トラン
ジスタTrllの第1の選択ゲート電極22、第2の選
択ゲート電極23を形成する。
First, as shown in FIG. 1, a conductive layer made of, for example, chromium (Cr) is deposited by sputtering or the like on an insulating substrate 21 made of glass or the like, and patterned to form the first selection gate of the selection transistor Trll. An electrode 22 and a second selection gate electrode 23 are formed.

次いで、第2図に示すように、第1の選択ゲート電極2
2及び第2の選択ゲート電極23が形成された絶縁性基
板21の全面に亘ってプラズマCVD法等により化学量
論比の窒化シリコン(Si、N4)からなる選択ゲート
絶縁膜24を堆積し、その後この選択ゲート絶縁膜24
上に例えばクロム(Cr)等からなる電極用金属膜と、
リン(P)等の不純物をドープしたポリシリコン(po
ly−5i )等からなるn型オーミックコンタクト用
半導体層とを順次堆積し、パターニングしてソース電極
25、ドレイン電極27、中間ソース電極29及び中間
ドレイン電極30を形成すると共に上記各電極上にn型
オーミックコンタクト層26,28゜31.32を形成
する。
Next, as shown in FIG.
A selection gate insulating film 24 made of silicon nitride (Si, N4) in a stoichiometric ratio is deposited over the entire surface of the insulating substrate 21 on which the second selection gate electrode 2 and the second selection gate electrode 23 are formed, using a plasma CVD method or the like. After that, this selection gate insulating film 24
an electrode metal film made of, for example, chromium (Cr) on top;
Polysilicon doped with impurities such as phosphorus (P)
An n-type ohmic contact semiconductor layer consisting of ly-5i) or the like is sequentially deposited and patterned to form a source electrode 25, a drain electrode 27, an intermediate source electrode 29, and an intermediate drain electrode 30. A type ohmic contact layer 26, 28° 31.32 is formed.

次いで、第3図に示すようにドレイン電極25、ソース
電極27及び中間ソース・ドレイン電極29.30が形
成された選択ゲート絶縁膜24上にアモルファスシリコ
ン(a−3i)を堆積した後パターニングして半導体層
33を形成する。この場合、リンドープしたポリシリコ
ン(poly−3i)をオーミックコンタクト層26,
28,31.32として用いると、トランジスタの動作
特性であるpチャネル動作、nチャネル動作どちらの伝
導に対してもメモリの書込/消去動作を行なえるもので
ある。
Next, as shown in FIG. 3, amorphous silicon (a-3i) is deposited on the selection gate insulating film 24 on which the drain electrode 25, the source electrode 27, and the intermediate source/drain electrodes 29 and 30 are formed, and then patterned. A semiconductor layer 33 is formed. In this case, phosphorus-doped polysilicon (poly-3i) is used as the ohmic contact layer 26,
When used as transistors 28, 31, and 32, memory write/erase operations can be performed for either p-channel operation or n-channel operation, which are the operating characteristics of the transistor.

その後、半導体層33上に電荷蓄積機能のある窒化シリ
コン(SilN+)を薄<(100人程程度堆積した後
、第4図に示すように中間ソース・ドレイン電極29.
30上で窒化シリコン(St。
After that, a thin layer of silicon nitride (SilN+) having a charge storage function is deposited on the semiconductor layer 33, and then the intermediate source/drain electrodes 29 are formed as shown in FIG.
Silicon nitride (St.

N、)を後述するメモリゲート電fli36に対向する
ところだけを残すようにエツチングしてメモリ窒化膜3
4を形成する。このメモリ窒化膜34は、シリコン原子
Siと窒化原子Nとの組成比St/Nを前記選択ゲート
絶縁膜24の化学量論比よりSiの多い窒化シリコンで
形成している。
The memory nitride film 3 is etched to leave only the portion facing the memory gate electrode fli36, which will be described later.
form 4. The memory nitride film 34 is made of silicon nitride with a composition ratio St/N of silicon atoms Si and nitride atoms N that is higher in Si than the stoichiometric ratio of the selection gate insulating film 24.

次いで、第5図に示すように、半導体層33の全面に亘
ってプラズマCVD法等により前記選択ゲート絶縁膜2
4と同一の化学量論比の窒化シリコンからなるメモリゲ
ート絶縁膜35を形成し、その上にクロム等の導電層を
堆積した後パターニングして、メモリ窒化膜34と対向
する位置にメモリトランジスタTrioのメモリゲート
電極36を形成して薄膜トランジスタを完成する。
Next, as shown in FIG. 5, the selection gate insulating film 2 is formed over the entire surface of the semiconductor layer 33 by plasma CVD or the like.
A memory gate insulating film 35 made of silicon nitride having the same stoichiometric ratio as 4 is formed, a conductive layer such as chromium is deposited thereon, and then patterned to form a memory transistor Trio at a position facing the memory nitride film 34. A memory gate electrode 36 is formed to complete the thin film transistor.

上記のようにして製造された薄膜トランジスタメモリ2
0は、1つのメモリセルが半導体層33に電気的に接続
されたソース電極25及びドレイン電極27と、ソース
電極25とドレイン電極27との間に形成されたフロー
ティングの中間ソース・ドレイン電極29.30と、書
込みの選択/非選択を制御する選択電圧が印加される第
1の選択ゲート電極22及び第2の選択ゲート電極23
と、所定のキャリアを移動させるゲート電圧が印加され
るメモリゲート電極36とが形成されている構造であっ
て、第1の選択ゲート電極22、選択ゲート絶縁膜24
ソース電極25、中間ソース電極29及び半導体層33
とで第1の選択トランジスタTrllを構成し、第2の
選択ゲート電極23、選択ゲート絶縁膜24、ドレイン
電極27、中間ドレイン電極30及び半導体層33とで
第2の選択トランジスタTr12を構成し、メモリゲー
ト電極36、メモリ窒化膜34、中間ソース・ドレイン
電極29.30及び半導体層33とでメモリトランジス
タTrioを構成する。つまり、この薄膜トランジスタ
メモリ20は第1の選択トランジスタTrll、メモリ
トランジスタTriO1第2の選択トランジスタTr1
2という3つのトランジスタが直列に並んだ構造となっ
ており、第1の選択トランジスタTrll及び第2の選
択Tr12は片チャネル動作をし、メモリトランジスタ
Trioは両チャネル動作するように構成されている。
Thin film transistor memory 2 manufactured as above
0, one memory cell has a source electrode 25 and a drain electrode 27 electrically connected to the semiconductor layer 33, and a floating intermediate source/drain electrode 29.0 formed between the source electrode 25 and the drain electrode 27. 30, and a first selection gate electrode 22 and a second selection gate electrode 23 to which a selection voltage for controlling write selection/non-selection is applied.
and a memory gate electrode 36 to which a gate voltage for moving predetermined carriers is applied.
Source electrode 25, intermediate source electrode 29, and semiconductor layer 33
The second selection gate electrode 23, the selection gate insulating film 24, the drain electrode 27, the intermediate drain electrode 30, and the semiconductor layer 33 constitute the second selection transistor Tr12. The memory gate electrode 36, the memory nitride film 34, the intermediate source/drain electrodes 29, 30, and the semiconductor layer 33 constitute a memory transistor Trio. In other words, this thin film transistor memory 20 includes a first selection transistor Trll, a memory transistor TriO1, a second selection transistor Tr1
The memory transistor Trio has a structure in which three transistors No. 2 are arranged in series, the first selection transistor Trll and the second selection transistor Tr12 are configured to operate in one channel, and the memory transistor Trio is configured to operate in both channels.

第6図及び第7図は薄膜トランジスタメモリ20のVe
−Io(ゲート電圧−ドレイン電流)特性を示す図であ
り、第6図は第1の選択トランジスタTrll又は第2
の選択トランジスタTri2のVG−I D特性を、第
7図はメモリトランジスタTrlOのVG−ID特性を
それぞれ示している。第1の選択トランジスタTrll
及び第2の選択トランジスタTr12は第6図に示すよ
うにnチャネル側で動作し、nチャネル側は電流が流れ
ないようなカットオフし易い特性を有している。これに
より、選択トランジスタTrll、Tr12は、選択/
非選択動作が容易に行なえる特性を備えている。
6 and 7 show Ve of the thin film transistor memory 20.
-Io (gate voltage-drain current) characteristics, and FIG.
FIG. 7 shows the VG-ID characteristics of the selection transistor Tri2, and FIG. 7 shows the VG-ID characteristics of the memory transistor TrlO. First selection transistor Trll
As shown in FIG. 6, the second selection transistor Tr12 operates on the n-channel side, and has a characteristic that the n-channel side is easily cut off so that no current flows. As a result, the selection transistors Trll and Tr12
It has the characteristic that non-selective operation can be easily performed.

一方、メモリトランジスタTrioは第7図に示すよう
にメモリゲート電極36と中間ソース・ドレイン電極2
9.30間の電界の向きにより正孔も電子もキャリアと
して用いることができるためnチャネル側とnチャネル
側の両チャネル動作する。この場合、リンドープしたポ
リシリコン(poly−3i)を金属電極用金属膜と半
導体層33とのオーミックコンタクト層26,28,3
1゜32に用いているので、pチャネル、nチャネルど
ちらの伝導に対してもメモリの書込/消去の妨げとなる
程のバリアにならない。従って、以下に述べるようにメ
モリゲート電極36とソース電極25及びドレイン電極
27に適当なバイアスを印加するとデータの消去・書き
込みが実現する。
On the other hand, the memory transistor Trio has a memory gate electrode 36 and an intermediate source/drain electrode 2, as shown in FIG.
Both holes and electrons can be used as carriers depending on the direction of the electric field between 9.30 and 30°, so both channels operate on the n-channel side and the n-channel side. In this case, phosphorus-doped polysilicon (poly-3i) is used as the ohmic contact layer 26, 28, 3 between the metal film for metal electrode and the semiconductor layer 33.
Since it is used at 1°32, it does not become a barrier to the extent that it interferes with writing/erasing of the memory for either p-channel or n-channel conduction. Therefore, as described below, when appropriate bias is applied to the memory gate electrode 36, source electrode 25, and drain electrode 27, erasing and writing of data can be realized.

第8図〜第11図は薄膜トランジスタメモリ20の消去
・書込み動作を示した図である。
8 to 11 are diagrams showing erasing and writing operations of the thin film transistor memory 20.

なお、第8図〜第11図は1つの薄膜トランジスタメモ
リ20を示しているが、実際にはこれが多数個マトリク
ス状に形成されるものである。
Although FIGS. 8 to 11 show one thin film transistor memory 20, in reality, a large number of thin film transistor memories 20 are formed in a matrix.

また、第8図に示すメモリ窒化膜34は書込/消去電圧
Vpが印加されたとき正孔h+あるいは電子e−がトラ
ップされて消去・書込みが行なわれるようメモリ窒化膜
34、ゲート絶縁膜35の膜厚等が作成されているもの
とする。
Further, the memory nitride film 34 shown in FIG. 8 is arranged so that when the write/erase voltage Vp is applied, holes h+ or electrons e- are trapped and erase/write is performed. It is assumed that the film thickness etc. have been created.

■去 消去(メモリ窒化膜34中への正孔h+注入)は、第8
図に示すようにメモリゲート電極36に負バイアス(本
実施例では、接地レベル)を印加し、ソース電極25及
びドレイン電極27に正バイアスを印加することにより
フローティング状態にある中間ソース・ドレイン電極2
9.30に正バイアスを印加して正孔(第8図h+参照
)をメモリ窒化膜34中にトラップさせることにより行
なう。いま、メモリゲート電極36を接地し、メモリの
ソース電極25及びドレイン電極27をVp、第1の選
択ゲート電極22及び第2の選択ゲート電極23を消去
時の選択分圧V ON −E rとすると、第1の選択
トランジスタTrll及び第2の選択トランジスタTr
12は片チャネル(nチャネル)動作でメモリの中間ソ
ース・ドレイン電極29.30をVpにバイアスする。
■ Erasing (hole h+ injection into the memory nitride film 34)
As shown in the figure, by applying a negative bias (ground level in this embodiment) to the memory gate electrode 36 and applying a positive bias to the source electrode 25 and drain electrode 27, the intermediate source/drain electrode 2 is in a floating state.
This is done by applying a positive bias to 9.30 to trap holes (see h+ in FIG. 8) in the memory nitride film 34. Now, the memory gate electrode 36 is grounded, the source electrode 25 and drain electrode 27 of the memory are set to Vp, and the first selection gate electrode 22 and second selection gate electrode 23 are set to the selection partial voltage V ON -E r during erasing. Then, the first selection transistor Trll and the second selection transistor Tr
Reference numeral 12 biases the intermediate source/drain electrodes 29 and 30 of the memory to Vp in single channel (n channel) operation.

これにより、メモリトランジスタTrlOの中間ソース
・ドレイン電極29.30はメモリゲート電極36より
Vpだけ電位が高くなるため、メモリトランジスタTr
lOの中間ソース・ドレイン電極29゜30から半導体
層33を介してメモリ窒化膜34に向かって正孔h+が
放出される。従って、第8図に示すように正孔h+がメ
モリ窒化膜34にトラップされて1bit単位で消去が
行なわれる。
As a result, the potential of the intermediate source/drain electrodes 29 and 30 of the memory transistor TrlO becomes higher than the memory gate electrode 36 by Vp, so that
Holes h+ are emitted from the intermediate source/drain electrodes 29.30 of lO through the semiconductor layer 33 toward the memory nitride film 34. Therefore, as shown in FIG. 8, holes h+ are trapped in the memory nitride film 34, and erasing is performed in units of 1 bit.

■圭匪1訳 消去したくない薄膜トランジスタメモリについては、第
9図に示すように第1の選択ゲート電極22及び第2の
選択ゲート電極23を非選択電圧Voff−Erとする
と第1の選択トランジスタTrll及び第2の選択トラ
ンジスタTr12のチャネル部が高インピーダンス状態
になるため、フローティングとなっているメモリトラン
ジスタTrloの中間ソース・ドレイン電極29.30
との間でソース電極25、ドレイン電極27に印加され
たVpと同程度の電位差が生じ、メモリ窒化膜34の両
端にはほとんど電位差が現れないためメモリ窒化膜34
内部の状態は保持される。この場合、データが前の状態
を保持されるためには選択ゲート電極22.23に印加
する消去パルス印加時間を、選択時には十分にデータの
中を書き換えられる時間であって、非選択時間にはメモ
リの両端に大きな電位差が生じないうちに印加が終了し
ているようにメモリセルを設計しておく必要がある。
■For a thin film transistor memory that you do not want to erase, as shown in FIG. Since the channel portions of Trll and the second selection transistor Tr12 are in a high impedance state, the intermediate source/drain electrodes 29 and 30 of the memory transistor Trlo are floating.
A potential difference similar to that of Vp applied to the source electrode 25 and drain electrode 27 is generated between the memory nitride film 34 and the memory nitride film 34 .
Internal state is preserved. In this case, in order for the data to remain in its previous state, the erasing pulse applied to the selection gate electrodes 22 and 23 must be applied for a sufficient period of time to rewrite the data during selection, and during non-selection time. It is necessary to design the memory cell so that the application ends before a large potential difference occurs between both ends of the memory.

l込立 次に、書込みについて説明する。l put up Next, writing will be explained.

書込み(メモリ窒化膜34中への電子e−油注入は、書
込み時にそのセルを選択したとき第10図に示すように
メモリゲート電極36に正バイアスを印加し、ソース電
極25及びドレイン電極36に負バイアス(本実施例で
は、接地レベル)を印加する。そして、この薄膜トラン
ジスタメモリの書込みの選択/非選択を選択トランジス
タTri1、Tr12のnチャネル 0N10FF動作
(第1の選択ゲート電極22、第2の選択ゲート電極2
3の0N10FF)で電子e−の流れを制御することで
行なう。いま、第10図に示すように、メモリゲート電
極36にVpを印加して、ソース電極25及びドレイン
電極27を接地すると、フローティング状態となってい
る中間ソース・ドレイン電極29,30とメモリゲート
電極36の間の電位差Vpが、メモリトランジスタTr
i。
Writing (electronic e-oil injection into the memory nitride film 34 is performed by applying a positive bias to the memory gate electrode 36 as shown in FIG. A negative bias (ground level in this embodiment) is applied.Then, selection/non-selection of writing in this thin film transistor memory is performed by n-channel 0N10FF operation of the transistors Tri1 and Tr12 (the first selection gate electrode 22, the second Selection gate electrode 2
This is done by controlling the flow of electrons e- with 0N10FF). Now, as shown in FIG. 10, when Vp is applied to the memory gate electrode 36 and the source electrode 25 and drain electrode 27 are grounded, the floating intermediate source/drain electrodes 29 and 30 and the memory gate electrode The potential difference Vp between memory transistor Tr
i.

の中間ソース・ドレイン電極29.30とメモリゲート
電極36の間の電位差となり、結果的にメモリ窒化膜3
4の両端にVpががかって、メモリトランジスタTrl
Oの中間ソース・ドレイン電極29.30から電子e−
が注入されて書き込まれる。従って、第10図に示すよ
うに電子e−がメモリ窒化膜34に流れ、メモリ窒化膜
34には電子e−がチャージされて1 bit単位で書
込みが行なわれる。
There is a potential difference between the intermediate source/drain electrodes 29, 30 and the memory gate electrode 36, and as a result, the memory nitride film 3
Vp is applied across both ends of the memory transistor Trl.
Electrons e- from the intermediate source/drain electrode 29.30 of O
is injected and written. Therefore, as shown in FIG. 10, electrons e- flow into the memory nitride film 34, the memory nitride film 34 is charged with electrons e-, and writing is performed in units of 1 bit.

l込立匪1択 書込み非選択時には第11図に示すように第1の選択ゲ
ート電極22及び第2の選択ゲート電極23を書込み非
選択電圧Voff−Wrとすると第1の選択トランジス
タTrll及び選択トランジスタTr12のチャネル部
が高インピーダンス状態になるため、短い書込みパルス
印加時間の間、メモリトランジスタTrioの中間ソー
ス・ドレイン電極29.30にはメモリゲート電極36
に印加されたVpと同程度のVpが現れ、メモリ窒化膜
34の両端には殆ど電位差が現れないため、メモリ窒化
膜34内部の状態は保持される。但し、これが成立する
ようにメモリセルはそのメモリトランジスタTrioの
入力インピーダンスや選択トランジスタTrll、Tr
12の非選択時の出力インピーダンスを書込みパルス印
加時間に合わせて設計しておくことが必要となる。
When writing is not selected, the first selection gate electrode 22 and the second selection gate electrode 23 are set to the write non-selection voltage Voff-Wr as shown in FIG. Since the channel portion of the transistor Tr12 is in a high impedance state, the memory gate electrode 36 is connected to the intermediate source/drain electrodes 29 and 30 of the memory transistor Trio during the short write pulse application time.
Since a Vp comparable to the Vp applied to the memory nitride film 34 appears and almost no potential difference appears between both ends of the memory nitride film 34, the internal state of the memory nitride film 34 is maintained. However, in order for this to hold true, the memory cell has the input impedance of its memory transistor Trio and the selection transistors Trll and Tr.
It is necessary to design the output impedance of No. 12 when not selected in accordance with the write pulse application time.

このように、選択トランジスタTrll、Tr12はn
チャネル動作のみでありながら、これを通してpチャネ
ル、nチャネル両方向動作のメモリトランジスタTri
oの中間ソース・ドレイン電極29.30にバイアスが
かかることにより、書込み時には電子e−を、消去時に
は正孔h+をそれぞれメモリ窒化膜34界面に効率良く
供給することができる。 以上説明したように、本実施
例では薄膜トランジスタ20がチャネル方向に第1の選
択トランジスタTrll、メモリトランジスタTrio
、第2の選択トランジスタTr12という3つのトラン
ジスタが直列に並んだ構造となっており、第1の選択ト
ランジスタTrll及び第2の選択トランジスタTr1
2は片チャネル動作をし、メモリトランジスタTrlO
は両チャネル動作するように構成されているので、トラ
ンジスタTrll、Tr12側では非選択時にデータが
変動するのを防止することができ、また、メモリトラン
ジスタTrio側では両チャネル動作するため逆側キャ
リアの注入を効率よく行なうことができる。また、ソー
ス電極25、ドレイン電極27、選択ゲート電極22.
23及びメモリゲート電極36の4端子だけでメモリア
レイ内部を電気的に選択的に書込み/消去することが可
能になる。
In this way, the selection transistors Trll and Tr12 are n
Although the memory transistor Tri operates only as a channel, it operates in both p-channel and n-channel directions.
By applying a bias to the intermediate source/drain electrodes 29 and 30, electrons e- can be efficiently supplied to the interface of the memory nitride film 34 during writing, and holes h+ can be efficiently supplied during erasing. As explained above, in this embodiment, the thin film transistor 20 is connected to the first selection transistor Trll and the memory transistor Trill in the channel direction.
, a second selection transistor Tr12 are arranged in series, and a first selection transistor Trll and a second selection transistor Tr1 are arranged in series.
2 operates in one channel, and the memory transistor TrlO
Since it is configured to operate on both channels, it is possible to prevent data from fluctuating on the transistor Trll and Tr12 sides when not selected, and on the memory transistor Trio side, since both channels operate, Injection can be performed efficiently. Also, a source electrode 25, a drain electrode 27, a selection gate electrode 22.
It becomes possible to electrically selectively write/erase the inside of the memory array using only four terminals, ie, the memory gate electrode 23 and the memory gate electrode 36.

特に、片チャネル(nチャネル)動作する選択トランジ
スタTrll、Tr12で書込み・消去の選択/非選択
を行ない、メモリトランジスタTrloの中間ソース・
ドレイン電極29.30から書込み時は電子e−を、消
去時は正孔h+を消去をソース電極22とメモリゲート
電極29間で行なうようにしているので、pチャネル消
去/nチャネル書込みができなかった従来の構造のメモ
リに比べて高速化させることができる。また、pチャネ
ル消去/nチャネル書込みのできる構造であっても選択
トランジスタTrll、Tr12で両チャネル動作を行
なわせる使い方であれば、選択トランジスタTrll、
Tr12の非選択電圧に幅が生じ、また使用電圧もトラ
ンジスタTrllのスレッショルド電圧Vthp、Vt
hn以上の振幅が要求されることとなるが、本発明の簿
膜トランジスタではnチャネルのvthを満たせば良い
ため使用電圧の振幅は小さいものでよい。
In particular, the selection transistors Trll and Tr12 operating in one channel (n channel) select/unselect write/erase, and the intermediate source of the memory transistor Trlo
Since erasing is performed between the source electrode 22 and the memory gate electrode 29 by electrons e- during writing and holes h+ during erasing from the drain electrodes 29 and 30, p-channel erasing/n-channel programming is not possible. The speed can be increased compared to memory with a conventional structure. Furthermore, even if the structure allows p-channel erase/n-channel writing, if the selection transistors Trll and Tr12 are used to perform both channel operations, the selection transistors Trll,
There is a width in the non-selection voltage of Tr12, and the operating voltage also varies from the threshold voltages Vthp and Vt of transistor Trll.
Although an amplitude greater than or equal to hn is required, in the thin film transistor of the present invention, it is sufficient to satisfy vth of an n-channel, so the amplitude of the voltage used may be small.

また、メモリゲート部と選択ゲート部がトランジスタと
して完全に分離しているので、メモリトランジスタ用の
メモリ窒化膜をその領域として分離するためのフォトリ
ソ工程が不要となることから、第5図においてメモリ窒
化膜34が平面全体を覆っていてもメモリ特性に影響を
及ぼすことはない。
In addition, since the memory gate part and the selection gate part are completely separated as a transistor, there is no need for a photolithography process to separate the memory nitride film for the memory transistor as that region. Even if the film 34 covers the entire plane, it does not affect the memory characteristics.

さらに、1つのメモリセルの中に選択トランジスタTr
ll、Tr12とメモリトランジスタTrloとが一体
的に構成されることになるため、製造工程を大幅に簡略
化することができるとともに、一体化させることによっ
て高集積化・大面積化を実現することができる。
Furthermore, a selection transistor Tr is included in one memory cell.
Since Tr12 and the memory transistor Trlo are integrated, the manufacturing process can be greatly simplified, and by integrating them, it is possible to achieve high integration and a large area. can.

[発明の効果] 本発明によれば、第1の選択トランジスタ及び第2の選
択トランジスタは片チャネル動作をし、メモリトランジ
スタは印加する電界の方向により両チャネル動作するよ
うに構成しているので、非選択時のデータの変動を防止
することができるととももに、キャリアの注入の効率を
高めることができ、ソース電極、ドレイン電極、選択ゲ
ート電極及びメモリゲート電極の4端子だけでビット単
位で書込み/消去することが可能になる。さらに、選択
トランジスタ及びメモリトランジスタを1つのメモリセ
ルに一体化させることができ、製造工程を大幅に簡略化
して低コスト化を図るとともに、高集積化・大面積化を
実現することができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, the first selection transistor and the second selection transistor are configured to operate in one channel, and the memory transistor is configured to operate in both channels depending on the direction of the applied electric field. It is possible to prevent fluctuations in data when not selected, and to increase the efficiency of carrier injection. Writing/erasing becomes possible. Furthermore, the selection transistor and the memory transistor can be integrated into one memory cell, which greatly simplifies the manufacturing process and reduces costs, and also allows for higher integration and larger area.

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

第1図〜第11図は本発明に係る薄膜トランジスタメモ
リの一実施例を示す図であり、第1図〜第5図は薄膜ト
ランジスタメモリの製造工程図、第6図は選択トランジ
スタのVc−ID特性図、第7図はメモリトランジスタ
のV c −I D特性図、第8図は消去時のキャリア
の移動を説明するための図、第9図は消去非選択時の動
作状態を説明するための図、第10図は書込み時のキャ
リアの移動を説明するための図、第11図は書込み非選
択時の動作状態を説明するための図、第12図は従来の
薄膜トランジスタメモリの断面構造を示す図、第13図
は従来の薄膜トランジスタメモリの駆動方法を示す図で
ある。 TrlO・・・・メモリトランジスタ、Trll・・・
・選択トランジスタ、Tr12・・・・第2の選択トラ
ンジスタ、20・・・・薄膜トランジスタメモリ、21
・・・・絶縁性基板、22・・・・第1の選択ゲート電
極、23・・・・第2の選択ゲート電極、24・・・・
選択ゲート絶縁膜、25・・・・ソース電極、27・・
・・ドレイン電極、29.30・・・・中間ソース・ド
レイン電極、33・・・・半導体層、34・・・・メモ
リ窒化膜、35・・・・メモリゲート絶縁膜、36・・
・・メモリゲート電極。 特許出願人 カシオ計算機株式会社 &
1 to 11 are diagrams showing an embodiment of a thin film transistor memory according to the present invention, FIGS. 1 to 5 are manufacturing process diagrams of the thin film transistor memory, and FIG. 6 is a Vc-ID characteristic of a selection transistor. 7 is a V c -I D characteristic diagram of a memory transistor, FIG. 8 is a diagram for explaining the movement of carriers during erasing, and FIG. 9 is a diagram for explaining the operating state when erasing is not selected. Figure 10 is a diagram for explaining the movement of carriers during writing, Figure 11 is a diagram for explaining the operating state when writing is not selected, and Figure 12 is a diagram showing the cross-sectional structure of a conventional thin film transistor memory. 13 are diagrams showing a conventional method for driving a thin film transistor memory. TrlO...Memory transistor, Trll...
- Selection transistor, Tr12...Second selection transistor, 20...Thin film transistor memory, 21
... Insulating substrate, 22 ... First selection gate electrode, 23 ... Second selection gate electrode, 24 ...
Selection gate insulating film, 25...source electrode, 27...
...Drain electrode, 29.30...Intermediate source/drain electrode, 33...Semiconductor layer, 34...Memory nitride film, 35...Memory gate insulating film, 36...
...Memory gate electrode. Patent applicant: Casio Computer Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体層と、この半導体層に電気的に接続された
ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記
ドレイン電極との間に形成されたフローティングの中間
ソース電極及びドレイン電極と、書込みの選択/非選択
を制御する選択電圧が印加される第1の選択ゲート電極
及び第2の選択ゲート電極と、所定のキャリアを移動さ
せるゲート電圧が印加されるメモリゲート電極とを備え
た薄膜トランジスタメモリであって、 前記第1の選択ゲート電極と、前記ソース電極及び前記
中間ソース電極と、前記半導体層とからなる第1の選択
トランジスタは、前記ソース電極と前記中間ソース電極
との間で形成された前記半導体層のチャネル部を片チャ
ネル動作するように制御されるとともに、 前記第2の選択ゲート電極と、前記ドレイン電極及び前
記中間ドレイン電極と、前記半導体層とからなる第2の
選択トランジスタは、前記ドレイン電極と前記中間ドレ
イン電極との間で形成される前記半導体層のチャネル部
を片チャネル動作するように制御され、 前記メモリゲート電極と、前記中間ソース電極及びドレ
イン電極と、前記半導体層とからなるメモリトランジス
タは、前記メモリゲート電極と前記中間ソース電極及び
ドレイン電極との間で形成された前記半導体層のチャネ
ル部に印加する電界の方向によって両チャネル動作する
ように制御されることを特徴とする薄膜トランジスタメ
モリ。
(1) A semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode electrically connected to the semiconductor layer, a floating intermediate source electrode and drain electrode formed between the source electrode and the drain electrode, and a writing A thin film transistor memory comprising a first selection gate electrode and a second selection gate electrode to which a selection voltage for controlling selection/non-selection is applied, and a memory gate electrode to which a gate voltage for moving predetermined carriers is applied. A first selection transistor including the first selection gate electrode, the source electrode and the intermediate source electrode, and the semiconductor layer is formed between the source electrode and the intermediate source electrode. A second selection transistor is controlled such that the channel portion of the semiconductor layer operates in one channel, and the second selection transistor includes the second selection gate electrode, the drain electrode and the intermediate drain electrode, and the semiconductor layer. A channel portion of the semiconductor layer formed between the drain electrode and the intermediate drain electrode is controlled to perform one-channel operation, and the memory gate electrode, the intermediate source electrode and the drain electrode, and the semiconductor layer The memory transistor is controlled to operate in both channels depending on the direction of an electric field applied to a channel portion of the semiconductor layer formed between the memory gate electrode and the intermediate source and drain electrodes. thin film transistor memory.
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US7939873B2 (en) 2004-07-30 2011-05-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Capacitor element and semiconductor device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7939873B2 (en) 2004-07-30 2011-05-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Capacitor element and semiconductor device
JP2010010721A (en) * 2005-11-15 2010-01-14 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Diode and active matrix display device
KR101358954B1 (en) * 2005-11-15 2014-02-06 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Diode and Active Matrix Display Device

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