JPH05291533A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH05291533A
JPH05291533A JP4094679A JP9467992A JPH05291533A JP H05291533 A JPH05291533 A JP H05291533A JP 4094679 A JP4094679 A JP 4094679A JP 9467992 A JP9467992 A JP 9467992A JP H05291533 A JPH05291533 A JP H05291533A
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JP
Japan
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gate
voltage
gate electrode
memory cell
mos transistor
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Withdrawn
Application number
JP4094679A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sumiko Oshida
澄子 押田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH05291533A publication Critical patent/JPH05291533A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C2211/00Indexing scheme relating to digital stores characterized by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C2211/56Indexing scheme relating to G11C11/56 and sub-groups for features not covered by these groups
    • G11C2211/561Multilevel memory cell aspects
    • G11C2211/5614Multilevel memory cell comprising negative resistance, quantum tunneling or resonance tunneling elements

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  • Static Random-Access Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the matching to a MOS structure device by providing a memory cell using voltage control type negative resistance characteristics between a gate voltage and a gate current of a MOS transistor. CONSTITUTION:A source electrode S and a substrate BG of a MOS transistor including a memory cell are connected to 0V (ground). A power voltage VCC is applied to a gate electrode G through a resistor R. The gate electrode G of the cell is addressed by a bit line BL, a word line WL and a transfer transistor QTR. When information is written to the memory cell, the cell of a given address is selected by the transfer transistor QTR and a high or low voltage is applied to the gate electrode G of the MOS transistor by the bit line BL and a gate current IG is held to either high or low stable point. Also, erasure of information written is performed by applying a negative voltage to the gate electrode G similarly.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、MOSトランジスタの
ゲート電圧とゲート電流の電圧制御型負性抵抗特性を利
用したメモリセルを有する半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a memory cell utilizing the voltage controlled negative resistance characteristic of the gate voltage and gate current of a MOS transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、負性工程素子は、電圧制御型と
電流制御型に分かれ、それらのI−V特性の形状から、
前者はN特性型、後者はS特性型といわれている。
2. Description of the Related Art Generally, a negative process element is divided into a voltage control type and a current control type, and from the shape of their IV characteristics,
The former is said to be N characteristic type, and the latter is said to be S characteristic type.

【0003】図5(A),(B)は、負性抵抗素子の特
性説明図である。この図5(A)に示されるI−V特性
は電流制御型であり、その形状からS特性型といわれ、
pnpnスイッチがその代表である。また、図5(B)
に示されるI−V特性は電圧制御型であり、その形状か
らN特性型といわれ、2端子負性抵抗素子であるトンネ
ルダイオードや、3端子負性抵抗素子であるRBC(R
everse Base Current)がよく知ら
れている。
FIGS. 5A and 5B are characteristic explanatory views of the negative resistance element. The IV characteristic shown in FIG. 5A is a current control type and is called an S characteristic type because of its shape.
The pnpn switch is a typical example. In addition, FIG.
The IV characteristic shown in is a voltage control type and is called an N characteristic type because of its shape.
The everbase current) is well known.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来か
ら知られている負性抵抗素子はいずれもバイポーラ素子
であって、近年多様されているMOS構造素子との整合
性が悪く、MOS主体の集積回路に使用できないという
問題があった。本発明は、上記事情に鑑み、MOSトラ
ンジスタのゲート電圧とゲート電流の電圧制御型負性抵
抗特性を利用したメモリセルを有する半導体装置を提供
することを目的とする。
However, all of the above-mentioned conventionally known negative resistance elements are bipolar elements, and their compatibility with the MOS structure elements which have been diversified in recent years is poor, so that they are mainly composed of MOS elements. There is a problem that it cannot be used for integrated circuits. In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a memory cell that utilizes the voltage-controlled negative resistance characteristics of the gate voltage and gate current of a MOS transistor.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明にかかるメモリセ
ルを具える半導体装置においては、MOSトランジスタ
のゲート電圧とゲート電流の間の電圧制御型負性抵抗特
性を用いた。また、この場合、MOSトランジスタのゲ
ート電極と基板の間にキャパシタを接続した。
In a semiconductor device including a memory cell according to the present invention, a voltage control type negative resistance characteristic between the gate voltage and the gate current of a MOS transistor is used. Further, in this case, a capacitor was connected between the gate electrode of the MOS transistor and the substrate.

【0006】[0006]

【作用】図6(A),(B)は、典型的なNMOSトラ
ンジスタのゲート電圧−ゲート電流特性図である。この
図において、21はp型半導体基板、22はソース領
域、23はドレイン領域、24はゲート絶縁膜、25は
ゲート電極である。
6A and 6B are gate voltage-gate current characteristic diagrams of a typical NMOS transistor. In this figure, 21 is a p-type semiconductor substrate, 22 is a source region, 23 is a drain region, 24 is a gate insulating film, and 25 is a gate electrode.

【0007】図6(A)に示されているように、p型半
導体基板21の上に、ソース領域22とドレイン領域2
3が形成され、その間にゲート絶縁膜24を介してゲー
ト電極25が形成されたサブミクロンNMOSトランジ
スタの、ソース領域22の電圧VS とp型半導体基板2
1の電圧VBGを0V(接地)とし、ソース領域22とド
レイン領域23の間に一定の電圧VDSを印加した状態
で、ソース領域22とゲート電極25の間のゲート電圧
GSを0Vから上昇していく。
As shown in FIG. 6A, a source region 22 and a drain region 2 are formed on a p-type semiconductor substrate 21.
3 of the sub-micron NMOS transistor in which the gate electrode 25 is formed with the gate insulating film 24 interposed therebetween and the voltage V S of the source region 22 and the p-type semiconductor substrate 2
With the voltage V BG of 1 being 0 V (ground) and a constant voltage V DS being applied between the source region 22 and the drain region 23, the gate voltage V GS between the source region 22 and the gate electrode 25 is changed from 0 V. Going up.

【0008】このように、ゲート電圧VGSを0Vから上
昇すると、ゲート電流IG は図6(B)に示されている
ように、ソース領域22とドレイン領域23の間の電圧
DSまでは上昇して極大値に達し、その後下降して極小
値に達した後に、再び上昇する、N特性型の負性抵抗特
性を示す。この例はNPMOSトランジスタにおける特
性であるが、PMOSトランジスタにおいても、極性、
電流の正負が逆になるだけで上記と同様の傾向を示す。
As described above, when the gate voltage V GS is increased from 0 V, the gate current I G does not reach the voltage V DS between the source region 22 and the drain region 23, as shown in FIG. 6B. It shows an N characteristic type negative resistance characteristic that rises and reaches a maximum value, then falls, reaches a minimum value, and then rises again. This example shows the characteristics of the NPMOS transistor, but the polarity,
A tendency similar to the above is shown only when the positive and negative of the current are reversed.

【0009】このゲート電流は主としてホットエレクト
ロンのゲート電極への注入によって生じるが、上記のN
特性型の負性抵抗特性が生じる原因を説明する。
This gate current is mainly caused by injection of hot electrons into the gate electrode.
The cause of the characteristic type negative resistance characteristic will be described.

【0010】ゲート電流が発生する原因として、 1.チャネル内の電子がチャネルにそった方向の電界
(チャネル水平方向電界)によってエネルギを得て、半
導体基板(Si)とゲート絶縁膜(SiO2 )の界面の
エネルギ障壁の高さより大きなエネルギを持つにいたっ
たホットエレクトロンがこのエネルギ障壁を越えてゲー
ト酸化膜中に注入される(チャネルホットエレクトロン
(CHE)注入)
The causes of the gate current are: Electrons in the channel obtain energy by an electric field in the direction along the channel (channel horizontal electric field), and have energy larger than the height of the energy barrier at the interface between the semiconductor substrate (Si) and the gate insulating film (SiO 2 ). Only hot electrons cross the energy barrier and are injected into the gate oxide film (channel hot electron (CHE) injection).

【0011】2.ドレイン近傍の大きな水平方向電界に
よって高いエネルギを得たチャネル電子が格子との衝突
電離またはアバランシェ増倍によって電子正孔対を発生
し、この電子あるいは正孔がホットとなって酸化膜中に
注入される(ドレインアバランシェホットキャリア(D
AHC)注入)
2. Channel electrons, which gained high energy by a large horizontal electric field near the drain, generate electron-hole pairs by collision ionization with the lattice or avalanche multiplication, and these electrons or holes become hot and are injected into the oxide film. (Drain avalanche hot carrier (D
AHC) injection)

【0012】3.基板バイアス電圧を印加してゲート電
極下の基板表面に厚い空乏層を形成した場合に、基板側
から拡散によって空乏層に注入された電子、または、空
乏層中で発生した電子が、空乏層中の電界によって加速
され、ホットになってゲート酸化膜中に注入される(基
板ホットキャリア(SHE)注入)が挙げられる。
3. When a substrate bias voltage is applied and a thick depletion layer is formed on the surface of the substrate under the gate electrode, electrons injected into the depletion layer from the substrate side or electrons generated in the depletion layer are The substrate is accelerated by the electric field of 1 to become hot, and is injected into the gate oxide film (substrate hot carrier (SHE) injection).

【0013】しかし、これらのゲート電流を発生させる
要因のうちで、チャネルホットエレクトロン(CHE)
注入が、他の要因に比較して圧倒的に大きい。ここで図
6(B)に示されているように、ゲート電流がVGS=V
DS近辺のゲート電圧で極大値をもつ理由を考察する。
However, among the factors that generate these gate currents, channel hot electrons (CHE)
The injection is overwhelmingly large compared to other factors. Here, as shown in FIG. 6B, the gate current is V GS = V
Consider the reason why the gate voltage near DS has a maximum value.

【0014】図7(A),(B)は、チャネルホットエ
レクトロン注入の説明図である。この図における符号
は、図6と同様に、21はp型半導体基板、22はソー
ス領域(S)、23はドレイン領域(D)、24はゲー
ト絶縁膜(GOX)、25はゲート電極(G)である。
FIGS. 7A and 7B are explanatory views of channel hot electron injection. Like in FIG. 6, reference numerals in this figure are 21 p-type semiconductor substrate, 22 source region (S), 23 drain region (D), 24 gate insulating film (GOX), and 25 gate electrode (G). ).

【0015】そして、このNMOSトランジスタは、図
7(A),(B)に示されているように、p型半導体基
板21の上に、ソース領域22とドレイン領域23が形
成され、その間にゲート絶縁膜(GOX)24を介して
ゲート電極25が形成されている。
In this NMOS transistor, as shown in FIGS. 7A and 7B, a source region 22 and a drain region 23 are formed on a p-type semiconductor substrate 21, and a gate is provided between them. A gate electrode 25 is formed via an insulating film (GOX) 24.

【0016】このNMOSトランジスタの、ソース領域
22の電圧VS とp型半導体基板21の電圧VBGを0V
(接地)とし、ソース領域22とドレイン領域23の間
に一定の電圧VDSを印加した状態で、ソース領域22と
ゲート電極25の間のゲート電圧VGSを0Vから上昇し
ていく。
The voltage V S of the source region 22 and the voltage V BG of the p-type semiconductor substrate 21 of this NMOS transistor are 0V.
The gate voltage V GS between the source region 22 and the gate electrode 25 is increased from 0 V in a state where (ground) and a constant voltage V DS is applied between the source region 22 and the drain region 23.

【0017】 〔VGS<VDSの範囲のゲート電流〕(図7(A)参照)
GS<VDSの範囲でゲート電圧VGSを0Vから上昇して
いくと、ゲート電流は図6(B)に示されているよう
に、急激に上昇する。VGS<VDSでは、ゲート電極に到
達してゲート電流になるホットエレクトロンの注入領域
が、ドレイン端よりややソース側に寄ったところに位置
しており、ゲート電圧を上昇するとこの注入領域が水平
方向電界Ey が大きいドレイン側に移動するためであ
る。
[Gate current in the range of V GS <V DS ] (see FIG. 7A)
When the gate voltage V GS is increased from 0 V in the range of V GS <V DS , the gate current sharply increases as shown in FIG. 6 (B). When V GS <V DS , the hot electron injection region that reaches the gate electrode and becomes the gate current is located slightly closer to the source side than the drain end, and when the gate voltage rises, this injection region becomes horizontal. This is because the directional electric field E y moves to the larger drain side.

【0018】すなわち、このゲート電圧領域では、ドレ
イン近傍はピンチオフしているため、チャネル水平方向
電界Ey は、ピンチオフ点近傍のチャネル領域からドレ
イン端に向かうにしたがって急激に増加する。そのた
め、ゲート電圧が上昇することによるドレイン端でチャ
ネル水平方向電界Ey が減少することよりも、注入領域
がドレイン側へ移動することの方が、ホットエレクトロ
ン注入には効果的に働いてゲート電流は増加する。
That is, in this gate voltage region, since the vicinity of the drain is pinched off, the electric field E y in the horizontal channel direction rapidly increases from the channel region near the pinch off point toward the drain end. Therefore, moving the injection region to the drain side is more effective for hot electron injection than the reduction of the horizontal electric field E y of the channel at the drain end due to the increase of the gate voltage, and it works more effectively for hot electron injection. Will increase.

【0019】また、Si−SiO2 界面における垂直方
向電界Ex の方向は、ドレイン端では電子の酸化膜中へ
の注入を妨げる方向であるが、ソース側へ向かうにつれ
て電子の酸化膜中への注入を助ける方向になる。したが
って、ホットエレクトロン注入領域はこの垂直方向電界
x の方向が変わる点とチャネル水平方向電界Ey がホ
ットエレクトロン注入に必要な臨界電界に達する点の間
の領域と考えられる。
Further, the direction of the vertical electric field E x in Si-SiO 2 interface, but the drain terminal is the direction that prevents the injection of electrons into the oxide film, the electrons into the oxide film toward the source side It will help inject. Therefore, the hot electron injection region is considered to be a region between the point where the direction of the vertical electric field E x changes and the point where the channel horizontal direction electric field E y reaches the critical electric field required for hot electron injection.

【0020】 〔VGS>VDSの範囲のゲート電流〕(図7(B)参照)
GS≒VDSにおいて極大値に達した後に、さらにVGS
DSの範囲でゲート電圧を上昇するとゲート電流IG
急激に減少する。この場合にはチャネルがドレイン端で
ピンチオフしておらず、Si−SiO2界面のチャネル
垂直方向電界Ex も常にホットエレクトロン注入を助け
る方向をもつので、ホットエレクトロン注入が一番起こ
るのはドレイン端である。
[Gate current in the range of V GS > V DS ] (see FIG. 7B)
After reaching the maximum value at V GS ≈V DS , V GS >
When the gate voltage is raised within the range of V DS, the gate current I G sharply decreases. Not pinched off channel at the drain end in this case, since the Si-SiO 2 interface channel vertical field E x always also has a direction to assist the hot electron injection, happen hot electron injection is the most drain end Is.

【0021】ドレイン端で最大となるチャネル水平方向
電界Ey はゲート電圧VGSを上昇するとともに減少する
ので、酸化膜中に注入されるに充分なエネルギをもつホ
ットエレクトロンの数も減少し、ゲート電流も減少す
る。そして、ゲート電圧VGSをさらに上昇すると、ゲー
ト電流は極小値をもつ。
The maximum electric field E y in the channel horizontal direction at the drain end decreases as the gate voltage V GS increases, so that the number of hot electrons having sufficient energy to be injected into the oxide film also decreases, and The current also decreases. Then, when the gate voltage V GS is further increased, the gate current has a minimum value.

【0022】今までは水平方向電界Ey のみの加速で酸
化膜中に注入されるに充分なエネルギをもつにいたった
エレクトロンを考えてきた。しかし、ゲート電圧VGS
上昇するにつれて、Si−SiO2 界面のチャネル垂直
方向電界Ex で加速されて酸化膜中に注入されるに充分
なエネルギをもつホットエレクトロンの数が増加し、ゲ
ート電流IG は再び増加する。
Up to now, we have considered the electrons that have sufficient energy to be injected into the oxide film by accelerating only the horizontal electric field E y . However, as it increases the gate voltage V GS, the number of hot electrons having sufficient energy to be injected into the accelerated and oxide film Si-SiO 2 interface channel vertical field E x is increased, the gate current I G increases again.

【0023】以上説明したように、サブミクロンMOS
トランジスタは電圧制御型負性抵抗特性(N特性型負性
特性)を有するから、この特性を利用するとメモリセル
を実現することができる。
As described above, the submicron MOS
Since the transistor has a voltage control type negative resistance characteristic (N characteristic type negative characteristic), a memory cell can be realized by utilizing this characteristic.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 (第1実施例)図1(A),(B)は、第1実施例のメ
モリセルの説明図である。図1(A)はこの実施例のメ
モリセルの概略構成を示し、図1(B)はそのI G −V
GSの電圧制御型負性抵抗特性を示している。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. (First Embodiment) FIGS. 1A and 1B are diagrams of the first embodiment.
It is explanatory drawing of a molysel. FIG. 1 (A) shows the message of this embodiment.
FIG. 1B shows a schematic configuration of a molycell. G-V
GSThe voltage-controlled negative resistance characteristic of is shown.

【0025】この図1(A)は1MOSトランジスタか
らなる第1実施例のメモリセルであるが、メモリセルを
構成するMOSトランジスタのソース電極Sと基板BG
には0V(接地)が与えられ、ゲート電極Gには抵抗R
を介して電源電圧VCCが印加されており、このセルのゲ
ート電極Gはビット線BLとワード線WLと転送トラン
ジスタQTRによってアドレス指定される。
Although FIG. 1A shows the memory cell of the first embodiment which is composed of one MOS transistor, the source electrode S of the MOS transistor constituting the memory cell and the substrate BG.
0V (ground) is applied to the gate electrode, and the resistor R is applied to the gate electrode G.
A power supply voltage V CC is applied through the gate electrode G of this cell is addressed by a bit line BL, a word line WL and a transfer transistor Q TR .

【0026】このメモリセルへの情報の書き込みは、転
送トランジスタQTRによって所定アドレスのセルを選択
し、ビット線BLによってMOSトランジスタのゲート
電極Gに高電圧または低電圧を印加して、図1(B)に
示される特性におけるゲート電流IG をHighとLo
wの2つの安定点のいずれかに保持し、それらの状態
を”1”または”2”を対応させることによって行われ
る。
To write information to this memory cell, a cell at a predetermined address is selected by the transfer transistor Q TR , and a high voltage or a low voltage is applied to the gate electrode G of the MOS transistor by the bit line BL, as shown in FIG. The gate current I G in the characteristic shown in B) is set to High and Lo.
It is performed by holding either of two stable points of w and associating their states with "1" or "2".

【0027】また、書き込まれた情報の読み出しは、転
送トランジスタQTRによって所定アドレスのセルを選択
し、MOSトランジスタのゲート電極Gの電圧をビット
線BLに接続されたセンスアンプにより検出することに
よって行われる。
Further, the read of the written information is performed by selecting a cell at a predetermined address by the transfer transistor Q TR and detecting the voltage of the gate electrode G of the MOS transistor by a sense amplifier connected to the bit line BL. Be seen.

【0028】そしてまた、書き込まれた情報の消去は、
転送トランジスタQTRによって所定アドレスのセルを選
択し、ビット線BLによってMOSトランジスタのゲー
ト電極Gに負電圧を印加することによって行われる。
Further, erasing written information is as follows.
This is performed by selecting a cell at a predetermined address by the transfer transistor Q TR and applying a negative voltage to the gate electrode G of the MOS transistor by the bit line BL.

【0029】図2(A)〜(D)は、第1実施例の半導
体装置の製造工程説明図である。この図において、1は
p形シリコン基板、2はフィールド酸化膜、3はプロテ
クト酸化膜、4はボロン(B)、5はチャネル、6はゲ
ート酸化膜、7は多結晶シリコン膜、8はタングステン
シリサイド膜、9はシリコン酸化膜、10はゲート電
極、11はスルー酸化膜、12はりん(P)、13はn
- 層、14はサイドウォール、15はスルー酸化膜、1
6はひ素(As)、17はn+ 層である。この工程説明
図によって、この実施例の半導体装置の製造方法を説明
する。
2A to 2D are explanatory views of the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment. In this figure, 1 is a p-type silicon substrate, 2 is a field oxide film, 3 is a protect oxide film, 4 is boron (B), 5 is a channel, 6 is a gate oxide film, 7 is a polycrystalline silicon film, and 8 is tungsten. Silicide film, 9 is a silicon oxide film, 10 is a gate electrode, 11 is a through oxide film, 12 is phosphorus (P), and 13 is n.
- layer, 14 a sidewall, 15 through oxide film, 1
6 is arsenic (As), and 17 is an n + layer. The method of manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to the process explanatory drawings.

【0030】第1工程(図2(A)参照) 抵抗率10Ωcmのp形シリコン(Si)基板1の<1
00>面の上に、素子間分離用のフィールド酸化膜2を
形成し、その上にプロテクト酸化膜3を形成した後、ボ
ロン(B)4を25keVの加速エネルギでイオン注入
してドーズ量8×1011cm-2のチャネル5を形成す
る。
First step (see FIG. 2A) <1 of p-type silicon (Si) substrate 1 having a resistivity of 10 Ωcm
A field oxide film 2 for element isolation is formed on the 00> surface, and a protect oxide film 3 is formed on the field oxide film 2. Then, boron (B) 4 is ion-implanted at an acceleration energy of 25 keV to obtain a dose amount of 8 A channel 5 of × 10 11 cm -2 is formed.

【0031】第2工程(図2(B)参照) プロテクト酸化膜3を剥離した後、熱酸化によって厚さ
140Åのゲート酸化膜6を形成し、その上にCVD法
によって厚さ1200Åの多結晶シリコン膜7を形成
し、その上に厚さ1000Åのタングステンシリサイド
(WSi)膜8、厚さ500Åのシリコン酸化(SiO
2 )膜9を形成する。
Second step (see FIG. 2B) After the protective oxide film 3 is peeled off, a gate oxide film 6 having a thickness of 140 Å is formed by thermal oxidation, and a polycrystal having a thickness of 1200 Å is formed thereon by a CVD method. A silicon film 7 is formed, a tungsten silicide (WSi) film 8 having a thickness of 1000 Å and a silicon oxide (SiO 2) having a thickness of 500 Å are formed on the silicon film 7.
2 ) Form the film 9.

【0032】第3工程(図2(C)参照) シリコン酸化膜9、タングステンシリサイド膜8、多結
晶シリコン膜7をパターニングして、ゲート電極10を
形成する。その後、全体にスルー酸化膜11を形成し、
りん(P)12を60keVの加速電圧でイオン注入
し、ドーズ量3×1013cm-2のn- 層13を形成す
る。
Third step (see FIG. 2C) The silicon oxide film 9, the tungsten silicide film 8 and the polycrystalline silicon film 7 are patterned to form a gate electrode 10. After that, a through oxide film 11 is formed on the entire surface,
Phosphorus (P) 12 is ion-implanted at an acceleration voltage of 60 keV to form an n layer 13 with a dose amount of 3 × 10 13 cm −2 .

【0033】第4工程(図2(D)参照) その上にCVD法によってサイドウォール用のシリコン
酸化膜を形成し、RIEによってパターニングしてサイ
ドウォール14を形成する。その上にスルー酸化膜15
を形成した後に、ひ素(As)16を70eVの加速電
圧でイオン注入し、ドーズ量4×1015cm-2のn+
17を形成する。
Fourth Step (see FIG. 2D) A silicon oxide film for a side wall is formed thereon by a CVD method and patterned by RIE to form a side wall 14. Through oxide film 15 on it
Then, arsenic (As) 16 is ion-implanted at an acceleration voltage of 70 eV to form an n + layer 17 having a dose amount of 4 × 10 15 cm −2 .

【0034】図3(A),(B)は、第1実施例で用い
るMOSトランジスタの説明図である。この図におい
て、21はp形基板、22,23はn- 層、24,25
はn+ 層、26はゲート酸化膜、27はゲート電極であ
る。
3A and 3B are explanatory views of the MOS transistor used in the first embodiment. In this figure, 21 is a p-type substrate, 22 and 23 are n - layers, and 24 and 25.
Is an n + layer, 26 is a gate oxide film, and 27 is a gate electrode.

【0035】図3(A)に示された第1実施例で用いる
MOSトランジスタは、p形基板21の表面に相対して
ドーズ量3×1013cm-2のn- 層22,23と、ドー
ズ量4×1015cm-2のn+ 層24,25が形成され、
その上に厚さ約140Åのゲート酸化膜26が形成さ
れ、その上に幅20μm、長さ0.8μmのゲート電極
27が形成されている。
The MOS transistor used in the first embodiment shown in FIG. 3A has n layers 22 and 23 having a dose of 3 × 10 13 cm −2 relative to the surface of the p-type substrate 21. N + layers 24 and 25 having a dose amount of 4 × 10 15 cm −2 are formed,
A gate oxide film 26 having a thickness of about 140Å is formed thereon, and a gate electrode 27 having a width of 20 μm and a length of 0.8 μm is formed thereon.

【0036】図3(B)は、図3(A)に示されたMO
Sトランジスタの不純物分布を入力データとしてデバイ
スシミュレーションしたゲート電圧とゲート電流の特性
を示している。この図に見られるように、図3(A)に
示されたMOSトランジスタのゲート電圧とゲート電流
は電圧制御型負性抵抗特性を有している。実測の結果も
ほぼ同様の特性を示した。
FIG. 3B shows the MO shown in FIG.
The characteristics of the gate voltage and the gate current obtained by device simulation using the impurity distribution of the S transistor as input data are shown. As can be seen from this figure, the gate voltage and gate current of the MOS transistor shown in FIG. 3A have a voltage control type negative resistance characteristic. The measured results also showed almost the same characteristics.

【0037】(第2実施例)図4(A),(B)は、第
2実施例のメモリセルの説明図である。図4(A)はこ
の実施例のメモリセルの概略構成を示し、図4(B)は
そのI cap −Vcap の電圧制御型負性抵抗特性を示して
いる。
(Second Embodiment) FIGS. 4A and 4B show the second embodiment.
It is explanatory drawing of the memory cell of 2nd Example. Figure 4 (A)
4B shows a schematic configuration of the memory cell of the embodiment of FIG.
That I cap-VcapShowing the negative resistance characteristic of voltage control type
There is.

【0038】この図4(A)は1MOSトランジスタか
らなるこの実施例のメモリセルを示しているが、メモリ
セルを構成するMOSトランジスタのソース電極Sと基
板BGには0V(接地)が与えられ、ゲート電極Gには
抵抗Rを介して電源電圧VCCが印加されており、また、
このゲート電極と接地間にキャパシタCが接続されてお
り、このセルのゲート電極Gは、転送トランジスタQTR
を介してビット線BLに接続され、転送トランジスタQ
TRのゲート電極にはワード線WLが接続されている。ま
た、このビット線BLには、コラム選択トランジスタQ
CSを介してライトアンプW/AとセンスアンプS/Aが
接続されている。
FIG. 4 (A) shows a memory cell of this embodiment which is composed of one MOS transistor. 0V (ground) is applied to the source electrode S of the MOS transistor and the substrate BG which constitute the memory cell, The power supply voltage V CC is applied to the gate electrode G through the resistor R, and
A capacitor C is connected between this gate electrode and ground, and the gate electrode G of this cell is connected to the transfer transistor Q TR.
Connected to the bit line BL via the transfer transistor Q
The word line WL is connected to the gate electrode of TR . In addition, the column selection transistor Q is connected to the bit line BL.
The write amplifier W / A and the sense amplifier S / A are connected via CS .

【0039】このメモリセルにおいては、第1実施例に
おけるゲート電圧VGSがキャパシタCにかかるため、キ
ャパシタ電圧Vcap とキャパシタ電流Icap の間には図
2(B)に示されるような電圧制御型負性抵抗特性が得
られる。この特性の2つの安定点を利用して、ライトア
ンプW/Aによって情報を書き込み、センスアンプS/
Aによって読み取り、ビット線BLによって書き込まれ
ていた情報を消去することができる。
In this memory cell, since the gate voltage V GS in the first embodiment is applied to the capacitor C, the voltage control between the capacitor voltage V cap and the capacitor current I cap as shown in FIG. 2B is performed. Mold negative resistance characteristics are obtained. By utilizing the two stable points of this characteristic, the write amplifier W / A writes information, and the sense amplifier S /
Information read by A and written by the bit line BL can be erased.

【0040】この実施例においては、メモリセルを構成
するMOSトランジスタのゲート電極GにキャパシタC
が接続されているため、回路の電源が短時間遮断される
場合においても、ゲート電極Gの電圧をキャパシタ電圧
cap によって保持することができる。
In this embodiment, the capacitor C is provided on the gate electrode G of the MOS transistor forming the memory cell.
Therefore, the voltage of the gate electrode G can be held by the capacitor voltage V cap even when the power supply of the circuit is cut off for a short time.

【0041】この実施例によるメモリセルは、キャパシ
タCを形成するのに要する面積だけ大きくなるが、6個
のトランジスタを用いた従来のRAMに比較すると小型
化することができる。
Although the memory cell according to this embodiment is increased in size by the area required to form the capacitor C, it can be miniaturized as compared with the conventional RAM using six transistors.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
近年多用されているMOS構造素子との整合性がよく、
MOS主体の集積回路に組み込むことができる電圧制御
型負性抵抗特性のMOS構造のメモリセルを提供するこ
とができ、情報処理装置等の技術分野において寄与する
ところが大きい。
As described above, according to the present invention,
Good compatibility with MOS structure elements that are widely used in recent years,
It is possible to provide a memory cell having a MOS structure of a voltage control type negative resistance characteristic that can be incorporated in an integrated circuit mainly composed of MOS, and it makes a great contribution to the technical field of an information processing device or the like.

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

【図1】(A),(B)は第1実施例のメモリセルの説
明図である。
1A and 1B are explanatory views of a memory cell of a first embodiment.

【図2】(A)〜(D)は第1実施例の半導体装置の製
造工程説明図である。
FIG. 2A to FIG. 2D are views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment.

【図3】(A),(B)は第1実施例で用いるMOSト
ランジスタの説明図である。
3A and 3B are explanatory diagrams of a MOS transistor used in the first embodiment.

【図4】(A),(B)は第2実施例のメモリセルの説
明図である。
4A and 4B are explanatory views of a memory cell according to a second embodiment.

【図5】(A),(B)は負性抵抗素子の特性説明図で
ある。
5A and 5B are characteristic explanatory diagrams of a negative resistance element.

【図6】(A),(B)は典型的なNMOSトランジス
タのゲート電圧−ゲート電流特性図である。
6A and 6B are gate voltage-gate current characteristic diagrams of a typical NMOS transistor.

【図7】(A),(B)はチャネルホットエレクトロン
注入の説明図である。
7A and 7B are explanatory views of channel hot electron injection.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p形シリコン基板 2 フィールド酸化膜 3 プロテクト酸化膜 4 ボロン(B) 5 チャネル 6 ゲート酸化膜 7 多結晶シリコン膜 8 タングステンシリサイド膜 9 シリコン酸化膜 10 ゲート電極 11 スルー酸化膜 12 りん(P) 13 n- 層 14 サイドウォール 15 スルー酸化膜 16 ひ素(As) 17 n+ 1 p-type silicon substrate 2 field oxide film 3 protect oxide film 4 boron (B) 5 channel 6 gate oxide film 7 polycrystalline silicon film 8 tungsten silicide film 9 silicon oxide film 10 gate electrode 11 through oxide film 12 phosphorus (P) 13 n layer 14 sidewall 15 through oxide film 16 arsenic (As) 17 n + layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 MOSトランジスタのゲート電圧とゲー
ト電流の間の電圧制御型負性抵抗特性を用いたメモリセ
ルを具えることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device comprising a memory cell using a voltage control type negative resistance characteristic between a gate voltage and a gate current of a MOS transistor.
【請求項2】 MOSトランジスタのゲート電極と基板
の間にキャパシタが接続されているメモリセルを具える
ことを特徴とする請求項1に記載された半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a memory cell in which a capacitor is connected between the gate electrode of the MOS transistor and the substrate.
JP4094679A 1992-04-15 1992-04-15 Semiconductor device Withdrawn JPH05291533A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5689458A (en) * 1995-06-08 1997-11-18 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor memory device having negative resistance element operated stably with single low power source

Cited By (2)

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US5838609A (en) * 1995-06-08 1998-11-17 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Integrated semiconductor device having negative resistance formed of MIS switching diode

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