JPH0689982A - Nonvolatile memory cell - Google Patents

Nonvolatile memory cell

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JPH0689982A
JPH0689982A JP3335928A JP33592891A JPH0689982A JP H0689982 A JPH0689982 A JP H0689982A JP 3335928 A JP3335928 A JP 3335928A JP 33592891 A JP33592891 A JP 33592891A JP H0689982 A JPH0689982 A JP H0689982A
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JP
Japan
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thin film
semiconductor layer
memory
electrode
memory cell
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Application number
JP3335928A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisao Morooka
久雄 師岡
Hisato Shinohara
久人 篠原
Masaaki Ikeda
正明 池田
Yuuji Misemura
悠爾 店村
Katsuto Nagano
克人 長野
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.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
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Publication of JPH0689982A publication Critical patent/JPH0689982A/en
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Abstract

PURPOSE:To have a sufficient write/read speed and stabilize a spontaneous polarization of a ferroelectric substance thin film, and not to cause any cracks by a method wherein a ferroelectric substance thin film is formed on a gate electrode formed in a separation part between a source area and a drain area and a memory electrode is formed on the ferroelectric substance thin film. CONSTITUTION:A source area 3 and a drain area 4 are separated and formed on the surface of a polycrystalline semiconductor layer. Further, a gate insulation film 9 is formed in this separated part and a gate electrode 10 is formed on the gate insulation film 9. A ferroelectric substance thin film 11 constituting a memory part of a nonvolatile memory is formed, and a memory electrode 12 formed on this ferroelectric substance thin film 11 is formed. Thus, an area of the nonvolatile memory cell is enlarged and a spontanenous polarization is stabilized and any cracks are not caused in the vicinity of the interface of the ferroelectric substance thin film.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は記憶部の誘電体として、
強誘電体薄膜を用いた不揮発性メモリセルの構造に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a dielectric of a memory section,
The present invention relates to a structure of a non-volatile memory cell using a ferroelectric thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体メモリは、記憶状態からRAM
(Random Access Memory)とSAM(Sequential Acces
s Memory)とに大きく分類され、これらは原理的に記憶
動作からRWM(Read Write Memory)及びROM(Rea
d Only Memory)に分けられ、記憶内容の維持に電力を
要せず、電源を切っても記憶内容を失わないものを不揮
発性メモリ、記憶内容の維持に電力を要し、電源を切る
と記憶内容を失うものを揮発性メモリと呼んでいる。
2. Description of the Related Art A semiconductor memory is a RAM from a storage state.
(Random Access Memory) and SAM (Sequential Acces
s Memory), and these are in principle RWM (Read Write Memory) and ROM (Rea
d Only memory), which does not require power to maintain stored contents and does not lose stored contents even when the power is turned off. Non-volatile memory, which requires power to maintain stored contents and is stored when the power is turned off. What loses its content is called volatile memory.

【0003】このうち、RWMであるRAMを一般に
「RAM」と呼んでおり、この「RAM」は、駆動手段
からさらにスタティックRAM(SRAM)とダイナミ
ックRAM(DRAM)に分けられる。SRAMはフリ
ップ・フロップ回路によって構成されており、構造が複
雑なため集積度を大きくすることが困難な反面、記憶状
態の保持を小電力で行うことができるため消費電力が小
さいと共に書き込み/読み出し動作が速いという特長が
ある。
Of these, the RWM RAM is generally called "RAM", and the "RAM" is further divided into static RAM (SRAM) and dynamic RAM (DRAM) from the driving means. The SRAM is composed of a flip-flop circuit, and it is difficult to increase the degree of integration due to its complicated structure. On the other hand, since the storage state can be held with a small amount of power, the power consumption is small and the writing / reading operation is performed. Has the characteristic of being fast.

【0004】これに対して、DRAMは記憶部であるキ
ャパシタとこの記憶部を制御する能動部であるトランジ
スタによって構成されており、キャパシタに蓄えられた
電荷を維持するためにリフレッシュと呼ばれる更新動作
が必要であるため、消費電力が比較的大きいという欠点
がある反面、メモリセルの構造が単純なため、集積度を
大きくすることができるという特長があり、コンピュー
タの主記憶装置として広く用いられている。
On the other hand, the DRAM is composed of a capacitor which is a storage unit and a transistor which is an active unit for controlling the storage unit, and an update operation called refresh is performed in order to maintain the charge stored in the capacitor. Since it is necessary, it has a drawback of relatively large power consumption, but has a feature that the degree of integration can be increased due to the simple structure of the memory cell, and is widely used as a main storage device of a computer. .

【0005】一方、記憶維持に電力を必要としない不揮
発性メモリであるROMには製造段階で情報が書き込ま
れるマスクROMと使用者が後から情報を書き込むこと
ができるPROM(Programable ROM )がある。このP
ROMには、書き込みは電気的に行い、消去は紫外線を
照射して一括して消去するEPROM(UV-Erasable PR
OM)及び電気的に書き込み/消去を行うEEPROM
(Eletrically-Erasable PROM)がある。
On the other hand, ROM, which is a non-volatile memory that does not require electric power to maintain storage, includes a mask ROM in which information is written at the manufacturing stage and a PROM (Programmable ROM) in which a user can write information later. This P
The ROM is an EPROM (UV-Erasable PR) that is electrically written and erased by irradiating it with ultraviolet rays.
OM) and EEPROM for electrically writing / erasing
(Eletrically-Erasable PROM) is available.

【0006】ところで、近年国際固体回路会議(ISS
CC 88)において紹介された、DRAM中でMOS
電界効果トランジスタ(MOSFET)と組み合わせて
記憶部に用いられるキャパシタの誘電体に強誘電体薄膜
を用いたRAMは、FRAM(Ferroelectric RAM)
と呼ばれ、RAMでありながら記憶維持に電力を要しな
いため不揮発性であること、構造が単純なため集積化に
適していること、広い温度範囲で低電圧駆動が可能であ
ること、α線ソフトエラーに強いこと等の理由により注
目されている。
By the way, in recent years, the International Solid State Circuit Conference (ISS)
MOS in DRAM introduced in CC 88)
A RAM using a ferroelectric thin film as a dielectric of a capacitor used in a storage unit in combination with a field effect transistor (MOSFET) is an FRAM (Ferroelectric RAM).
It is called a RAM, it is non-volatile because it does not require power for memory storage, it is suitable for integration due to its simple structure, it can be driven at a low voltage in a wide temperature range, and α-rays are used. It is attracting attention due to its resistance to soft errors.

【0007】このFRAMは、特開平2−94571号
公報、特開平2−94553号公報、特開平2−290
079号公報に開示されているように、単結晶ウェハ上
のソース領域上あるいはゲート絶縁膜上に強誘電体薄膜
を形成することにより構成されている。
This FRAM is disclosed in JP-A-2-94571, JP-A-2-94553, and JP-A-2-290.
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 079, it is configured by forming a ferroelectric thin film on a source region on a single crystal wafer or on a gate insulating film.

【0008】しかし、単結晶シリコンウェハの面積には
限界があるため、従来の単結晶を用いたFRAMでより
大容量のものを得るためには高集積化をはかる必要があ
り、そのためには、サブミクロン加工技術などの高度な
微細加工技術が必要である。したがって、従来の単結晶
シリコンウェハを用いるFRAMによっては大容量のメ
モリを得ることができないという問題があった。
However, since the area of a single crystal silicon wafer is limited, it is necessary to achieve high integration in order to obtain a larger capacity FRAM using a conventional single crystal. For that purpose, High-level fine processing technology such as submicron processing technology is required. Therefore, there is a problem that a large capacity memory cannot be obtained by the conventional FRAM using the single crystal silicon wafer.

【0009】また、半導体層と強誘電体層とを直接に接
触させると、半導体表面の電荷により強誘電体の分極電
荷が完全に相殺されないことから、自発分極と反対方向
の電界が強誘電体薄膜内に発生するため、自発分極が熱
力学的に不安定になることがある。
Further, when the semiconductor layer and the ferroelectric layer are directly contacted with each other, the polarization charge of the ferroelectric is not completely canceled by the charge on the semiconductor surface, so that the electric field in the direction opposite to the spontaneous polarization is generated by the ferroelectric. Since it occurs in the thin film, the spontaneous polarization may become thermodynamically unstable.

【0010】一方、特開平3−22483号公報に、ガ
ラス基板上に形成された記憶電極、記憶電極を覆って形
成された強誘電体薄膜、強誘電体薄膜上に形成された非
晶質半導体層、非晶質半導体層表面に離間して各々形成
されたコンタクト層、各々のコンタクト層上に形成され
たソース電極及びドレイン電極から構成されたFRAM
が記載されている。
On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 3-22483 discloses a memory electrode formed on a glass substrate, a ferroelectric thin film formed to cover the memory electrode, and an amorphous semiconductor formed on the ferroelectric thin film. Layer, a contact layer formed separately on the surface of the amorphous semiconductor layer, and a FRAM including a source electrode and a drain electrode formed on each contact layer
Is listed.

【0011】このFRAMは、基板として大きさに制限
のある単結晶シリコンウェハではなく、大面積のものを
容易に得ることができる耐熱ガラス絶縁基板を用いてい
るので、高度な微細加工技術を用いなくても大容量のメ
モリを得ることが可能である反面、動作半導体層が非晶
質であるため、キャリアの移動度が低く、書き込み/読
み出し動作を速くすることができないという問題点を有
している。
Since this FRAM uses a heat-resistant glass insulating substrate which can easily obtain a large area, not a single crystal silicon wafer having a limited size as a substrate, it uses an advanced fine processing technique. Although it is possible to obtain a large-capacity memory without using it, there is a problem in that since the operating semiconductor layer is amorphous, carrier mobility is low and writing / reading operation cannot be speeded up. ing.

【0012】この問題を解決するためには動作半導体層
を多結晶シリコンあるいは単結晶シリコンで構成すれば
よいが、非晶質シリコンを多結晶化あるいは単結晶化す
るために加熱すると、その下層の強誘電体薄膜も加熱さ
れて結晶構造が変化し、強誘電体薄膜及び/又は半導体
層の界面近傍に歪みあるいはクラックが入ることがあ
る。。
To solve this problem, the operating semiconductor layer may be composed of polycrystalline silicon or single crystal silicon. However, when amorphous silicon is heated to polycrystallize or single crystallize it, a layer below it is formed. The ferroelectric thin film may also be heated to change its crystal structure, causing distortion or cracks near the interface between the ferroelectric thin film and / or the semiconductor layer. .

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本願発明は、上記問題
点すなわち、キャリアの移動度が高く書き込み/読み出
し動作が速い反面大容量のメモリを得ることができない
という、単結晶シリコンウェハを用いるFRAMの有す
る問題点及び、キャリアの移動度が低いため書き込み/
読み出し動作を速くすることができないという、非晶質
半導体を用いるFRAMの有する問題点を同時に解決す
るとともに、半導体表面の電荷の不足により自発分極が
熱力学的に安定しなくなるという問題点及び強誘電体薄
膜が加熱されて歪みあるいはクラックが入るという問題
点を解決した、新規な構成のFRAMを得ることを課題
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has the above-mentioned problem, namely, it has a high carrier mobility and a fast write / read operation, but cannot obtain a large-capacity memory. Writing / writing due to the problems and low carrier mobility
At the same time, the problem of the FRAM using an amorphous semiconductor that the read operation cannot be speeded up is solved, and the spontaneous polarization becomes unstable thermodynamically due to the lack of charges on the semiconductor surface and the ferroelectricity. An object of the present invention is to obtain an FRAM having a new structure, which solves the problem that a body thin film is heated and is distorted or cracked.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本願においては、上記課
題を解決することを目的として「絶縁基板上に形成され
た半導体層、半導体層表面に離間して形成されたソース
領域及びドレイン領域、ソース領域及びドレイン領域上
に各々形成されたソース電極及びドレイン電極、半導体
層上のソ−ス領域とドレイン領域の間の離間した部分の
表面に形成されたゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜上に形成
されたゲート電極、ゲート電極上に形成された強誘電体
薄膜、強誘電体薄膜上に形成された記憶電極からなるこ
とを特徴とする不揮発性メモリセル」との構成を有する
発明を提供する。
In the present application, in order to solve the above-mentioned problems, "a semiconductor layer formed on an insulating substrate, a source region and a drain region formed separately on the surface of the semiconductor layer, a source A source electrode and a drain electrode respectively formed on the region and the drain region, a gate insulating film formed on the surface of a portion of the semiconductor layer separated from the source region and the drain region, and formed on the gate insulating film. A non-volatile memory cell comprising a gate electrode, a ferroelectric thin film formed on the gate electrode, and a memory electrode formed on the ferroelectric thin film.

【0015】[0015]

【作用】上記構成を有する本願発明においては、絶縁基
板上に形成された非晶質半導体層を加熱することにより
多結晶化あるいは単結晶化した後、FETを形成し、そ
のFETのゲート電極上に自発分極を有する強誘電体薄
膜を形成し、この強誘電体薄膜上に記憶電極を形成して
いる。このように構成すると、記憶電極に印加される電
圧により強誘電体に誘起される自発分極値が変化すると
ともに、記憶電極がゲート電極として動作し、記憶が行
われる。
In the present invention having the above structure, the amorphous semiconductor layer formed on the insulating substrate is heated to be polycrystallized or monocrystallized, and then the FET is formed, and the FET is formed on the gate electrode of the FET. A ferroelectric thin film having spontaneous polarization is formed on, and a memory electrode is formed on the ferroelectric thin film. According to this structure, the spontaneous polarization value induced in the ferroelectric substance is changed by the voltage applied to the storage electrode, and the storage electrode operates as the gate electrode to store the data.

【0016】そして、本発明のメモリセルは、単結晶シ
リコンウェハを用いる従来のものと異なり大面積のメモ
リを得ることができるため、高度な微細加工技術を用い
なくても大容量のメモリを得ることができるとともに、
形成された半導体層は非晶質半導体層ではなく多結晶半
導体層あるいは単結晶半導体層であるから、大きなキャ
リア移動度を得ることができ、充分な書き込み/読み出
し速度を得ることができるとともに、強誘電体薄膜を金
属電極ではさみ込むと、強誘電体の分極電荷が金属表面
の電荷により完全に相殺され自発分極が熱力学的に安定
し、メモリ製造時に形成された強誘電体薄膜を加熱する
ことがないから、強誘電体薄膜及び/又は半導体層との
界面近傍に歪みあるいはクラックが入ることがない。
Since the memory cell of the present invention can obtain a large-area memory unlike the conventional one using a single crystal silicon wafer, a large-capacity memory can be obtained without using an advanced fine processing technique. While being able to
Since the formed semiconductor layer is not an amorphous semiconductor layer but a polycrystalline semiconductor layer or a single crystal semiconductor layer, a large carrier mobility can be obtained, a sufficient writing / reading speed can be obtained, and a strong writing / reading speed can be obtained. When the dielectric thin film is sandwiched between metal electrodes, the polarization charge of the ferroelectric substance is completely offset by the charge on the metal surface, and the spontaneous polarization is thermodynamically stable, heating the ferroelectric thin film formed during memory manufacturing. Therefore, there is no strain or crack in the vicinity of the interface with the ferroelectric thin film and / or the semiconductor layer.

【0017】[0017]

【実施例】図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図1(a)に示すのは、半導体層として多結晶シリコン
を採用する本願第1発明を1トランジスタ+1キャパシ
タDRAM形メモリセルに適用した実施例の構成を示す
模式図である。この不揮発性メモリセルは耐熱ガラス等
の絶縁材料である基板1上に形成されている。この耐熱
ガラス絶縁基板は大きな面積を有しており、その上に多
数の不揮発性メモリセルが形成されている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic diagram showing a configuration of an embodiment in which the first invention of the present application which employs polycrystalline silicon as a semiconductor layer is applied to a 1-transistor + 1-capacitor DRAM type memory cell. This nonvolatile memory cell is formed on a substrate 1 which is an insulating material such as heat resistant glass. This heat-resistant glass insulating substrate has a large area, and a large number of nonvolatile memory cells are formed on it.

【0018】この耐熱ガラス絶縁基板1上に厚さ0.1
〜0.2μmのシリコン多結晶半導体層2が形成されて
いる。このシリコン多結晶半導体層2はシラン(SiH
4 )ガスを原料として基板温度550℃で低圧化学蒸着
法(LPCVD)によって基板上に非晶質シリコン層を
形成し、形成された非晶質シリコン層を600℃のN 2
雰囲気で24時間固相成長させることにより、シリコン
多結晶半導体層2を形成する。
A thickness of 0.1 is formed on the heat-resistant glass insulating substrate 1.
.About.0.2 .mu.m of silicon polycrystalline semiconductor layer 2 is formed.
There is. This silicon polycrystalline semiconductor layer 2 is made of silane (SiH
Four ) Low-pressure chemical vapor deposition using gas as a raw material at a substrate temperature of 550 ° C
Amorphous silicon layer on the substrate by the method (LPCVD)
Then, the formed amorphous silicon layer is subjected to N at 600 ° C. 2 
Silicon is grown by solid phase growth in an atmosphere for 24 hours.
The polycrystalline semiconductor layer 2 is formed.

【0019】次いで、形成された多結晶半導体層表面に
イオンドーピング法によりドープ量5×1015/cm2
の燐(P)を注入することにより、ソース領域3及びド
レイン領域4が離間して形成され、これらのソース領域
3及びドレイン領域4上に各々コンタクト層5及び6が
形成され、各々のコンタクト層5及び6上にAlからな
るソース電極7及びドレイン電極8が形成されている。
なお、このコンタクト層5及び6は省略することができ
る。
Then, a doping amount of 5 × 10 15 / cm 2 is applied to the surface of the formed polycrystalline semiconductor layer by an ion doping method.
Of the source region 3 and the drain region 4 are formed by implanting phosphorus (P) of the above, and contact layers 5 and 6 are formed on the source region 3 and the drain region 4, respectively. A source electrode 7 and a drain electrode 8 made of Al are formed on 5 and 6.
The contact layers 5 and 6 can be omitted.

【0020】一方、半導体層上のソース電極とドレイン
電極の間の離間した部分にはスパッタ法あるいはCVD
法によりSiNx ゲート絶縁膜9が形成され、ゲート絶
縁膜9上に白金(Pt)等よりなるゲート電極10が形
成されている。
On the other hand, the portion separated from the source and drain electrodes on the semiconductor layer is sputtered or CVD.
The SiN x gate insulating film 9 is formed by the method, and the gate electrode 10 made of platinum (Pt) or the like is formed on the gate insulating film 9.

【0021】このゲート電極10上に、不揮発性メモリ
の記憶部を構成する膜厚0.6〜0.8μmのチタン酸
鉛(PbTiO3 )からなる強誘電体薄膜11及びこの
強誘電体薄膜11上に形成されたAlからなる電極(記
憶電極)12が形成されている。
On the gate electrode 10, a ferroelectric thin film 11 made of lead titanate (PbTiO 3 ) having a film thickness of 0.6 to 0.8 μm, which constitutes a storage portion of a nonvolatile memory, and the ferroelectric thin film 11 are formed. An electrode (memory electrode) 12 made of Al and formed thereon is formed.

【0022】このような構成を採ることにより、シリコ
ン半導体層に対して有害である強誘電体薄膜中のPb原
子あるいはO原子が、シリコン半導体中に入り込むこと
を防止することができる。
By adopting such a structure, it is possible to prevent Pb atoms or O atoms in the ferroelectric thin film, which are harmful to the silicon semiconductor layer, from entering the silicon semiconductor.

【0023】この強誘電体薄膜11は酸化鉛(PbO)
及び酸化チタン(TiO2 )を原料として、基板温度6
00℃,約1PaのAr/O2 雰囲気においてマグネト
ロンスパッタリング法によって形成され、形成される膜
組成が化学量論的組成比になるように調製される。
The ferroelectric thin film 11 is lead oxide (PbO).
And using titanium oxide (TiO 2 ) as a raw material, the substrate temperature is 6
It is formed by magnetron sputtering in an Ar / O 2 atmosphere at 00 ° C. and about 1 Pa, and is prepared so that the formed film composition has a stoichiometric composition ratio.

【0024】不揮発性メモリセルは大面積のものを容易
に得ることができる絶縁基板の上に形成されているか
ら、従来のもののように高度な微細加工技術を用いるこ
となく大容量のメモリを得ることができるとともに、大
きなキャリア移動度を得ることができ、充分な書き込み
/読み出し速度を得ることができる。
Since the non-volatile memory cell is formed on the insulating substrate from which a large area can be easily obtained, a large capacity memory can be obtained without using an advanced fine processing technology unlike the conventional one. In addition to being able to obtain high carrier mobility, a sufficient write / read speed can be obtained.

【0025】そして、強誘電体を金属電極ではさみ込む
と、強誘電体の分極電荷が金属表面の電荷により完全に
相殺されるため、自発分極が熱力学的に安定する。ま
た、メモリ製造時において、形成された強誘電体薄膜を
加熱することがないから、強誘電体薄膜及び/又は半導
体層の界面近傍に歪みあるいはクラックが入ることがな
い。
When the ferroelectric substance is sandwiched by the metal electrodes, the polarization charge of the ferroelectric substance is completely canceled by the charge on the metal surface, so that the spontaneous polarization is thermodynamically stable. Further, since the formed ferroelectric thin film is not heated at the time of manufacturing the memory, no strain or crack is generated in the vicinity of the interface between the ferroelectric thin film and / or the semiconductor layer.

【0026】図1(b)に同図(a)の不揮発性メモリ
セルの等価回路を示す。この不揮発性メモリセルは通常
の1トランジスタ+1キャパシタDRAM型メモリセル
と同様に、ソースS・ゲートG及びドレインDからなる
電界効果トランジスタ(FET)とキャパシタから構成
されているが、通常のメモリセルと異なりキャパシタの
誘電体が強誘電体薄膜11で形成されている。このこと
により、強誘電体薄膜11のヒステリシス特性を利用し
た記憶特性を有する不揮発性メモリセルが構成されてい
る。
FIG. 1B shows an equivalent circuit of the nonvolatile memory cell shown in FIG. This non-volatile memory cell is composed of a field effect transistor (FET) consisting of a source S / gate G and a drain D and a capacitor, like a normal one-transistor + 1-capacitor DRAM type memory cell. Differently, the dielectric of the capacitor is formed by the ferroelectric thin film 11. As a result, a non-volatile memory cell having a storage characteristic utilizing the hysteresis characteristic of the ferroelectric thin film 11 is formed.

【0027】本発明のメモリセルは、半導体層として多
結晶シリコンに代えて、単結晶半導体層で構成すること
もできる。その場合における単結晶半導体層は絶縁基板
上に形成された多結晶半導体層を電子ビーム、レーザー
ビーム等の加熱手段により加熱して再結晶化することに
より形成される。なお、本発明の不揮発性メモリの構造
は、半導体層を絶縁基板上に形成したものではなく、単
結晶シリコンウェハを用いた場合でも十分に適用可能で
ある。
The memory cell of the present invention may be formed of a single crystal semiconductor layer instead of polycrystalline silicon as a semiconductor layer. In that case, the single crystal semiconductor layer is formed by heating a polycrystalline semiconductor layer formed over an insulating substrate with a heating means such as an electron beam or a laser beam to recrystallize the polycrystalline semiconductor layer. Note that the structure of the nonvolatile memory of the present invention is not limited to the one in which the semiconductor layer is formed on the insulating substrate, and can be sufficiently applied even when a single crystal silicon wafer is used.

【0028】また、半導体層がキャリア移動度の低い非
晶質半導体層でないことを前提にして説明したが、強誘
電体薄膜を半導体層で覆う構造では加熱時に両者の熱膨
張係数の相違にともないクラックの問題が生じるから、
本発明の構成を非晶質半導体を用いた不揮発性メモリセ
ルに対して適用することも可能である。
The semiconductor layer has been described on the assumption that it is not an amorphous semiconductor layer having a low carrier mobility. However, in the structure in which the ferroelectric thin film is covered with the semiconductor layer, there is a difference in thermal expansion coefficient between the two when heated. Because of the crack problem,
The configuration of the present invention can also be applied to a nonvolatile memory cell using an amorphous semiconductor.

【0029】以上の説明においては、単一のメモリセル
を形成する場合について説明したが、通常使用されてい
るメモリは単一のメモリセルで構成されているのではな
く、基板上に複数のメモリが形成されている。この通常
のメモリにおいて電極及び/又はセル間同士の相互作用
が問題になる場合には電極間及び/又はセル同士間を電
気的に分離する必要がある。その場合、このようなメモ
リを構成するためには電極間及びセル同士間を電気的に
分離するための層間絶縁膜及び/又はパッシベーション
膜等を形成する必要があることはいうまでもない。
In the above description, the case where a single memory cell is formed has been described. However, a commonly used memory is not composed of a single memory cell but a plurality of memory cells on a substrate. Are formed. In this normal memory, when the interaction between the electrodes and / or cells becomes a problem, it is necessary to electrically separate the electrodes and / or the cells. In that case, it goes without saying that in order to form such a memory, it is necessary to form an interlayer insulating film and / or a passivation film for electrically separating electrodes and cells from each other.

【0030】また、SRAMと同様に多結晶シリコン薄
膜を用いてCMOSのフリップ・フロップを形成し、そ
のキャパシタの誘電体として強誘電体薄膜を用いること
により、書き込み/読み出し時間の向上及び書換回数の
向上を図ることも可能である。
Further, by forming a CMOS flip-flop using a polycrystalline silicon thin film and using a ferroelectric thin film as the dielectric of the capacitor, the writing / reading time can be improved and the number of rewritings can be improved. It is also possible to improve.

【0031】図2に本願発明の他の実施例を示す。この
実施例に示す1トランジスタ+1キャパシタDRAM型
メモリセルは図1(a)に示す半導体層表面にソース領
域3及びドレイン領域4が離間して形成された実施例と
異なり、ソース領域及びドレイン領域が半導体層の厚さ
の全体に亘り形成されている。このような構成を採るこ
とにより、ソース領域とドレイン領域との間に形成され
る電界が平等電界になるため、ゲート電極による制御が
より効果的に行われる。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. The 1-transistor + 1-capacitor DRAM memory cell shown in this embodiment differs from the embodiment in which the source region 3 and the drain region 4 are formed separately on the surface of the semiconductor layer shown in FIG. It is formed over the entire thickness of the semiconductor layer. By adopting such a configuration, the electric field formed between the source region and the drain region becomes a uniform electric field, so that the control by the gate electrode is more effectively performed.

【0032】なお、本願発明は実施例において説明した
単純な形状のメモリセルだけではなく、一般的に用いら
れているトレンチキャパシタあるいはスタックドキャパ
シタに対して適用することが可能である。
The invention of the present application can be applied not only to the memory cell having the simple shape described in the embodiments but also to a commonly used trench capacitor or stacked capacitor.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本願発
明の不揮発性メモリセルは大面積のものを容易に得るこ
とができるから、従来のものと異なり高度な微細加工技
術を用いることなく大容量のメモリを得ることができる
と共に、大きなキャリア移動度を得ることができるか
ら、充分な書き込み/読み出し速度を得ることができ
る。
As is apparent from the above description, since the nonvolatile memory cell of the present invention can easily obtain a large area, it does not require a sophisticated fine processing technique unlike the conventional one. Since a large capacity memory can be obtained and a large carrier mobility can be obtained, a sufficient write / read speed can be obtained.

【0034】また、金属電極の存在により自発分極が熱
力学的に安定するとともに、シリコン半導体層に他紙し
て有害であるPb原子あるいはO原子が、シリコン半導
体層に入り込むことを防止することができる。
Further, the presence of the metal electrode stabilizes the spontaneous polarization thermodynamically, and prevents Pb atoms or O atoms which are harmful to the silicon semiconductor layer from entering the silicon semiconductor layer. it can.

【0035】そして、メモリ製造時において形成された
強誘電体薄膜を加熱しないから、強誘電体薄膜及び/又
は半導体層の界面近傍に歪みあるいはクラックが入るこ
とがない。
Further, since the ferroelectric thin film formed at the time of manufacturing the memory is not heated, no strain or crack is generated near the interface between the ferroelectric thin film and / or the semiconductor layer.

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

【図1】本願発明を1トランジスタ+1キャパシタDR
AM型メモリセルに適用した実施例の構成模式図及び等
価回路図。
FIG. 1 is a circuit diagram of the present invention including one transistor and one capacitor DR.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram and an equivalent circuit diagram of an embodiment applied to an AM type memory cell.

【図2】本願発明を1トランジスタ+1キャパシタDR
AM型メモリセルに適用した他の実施例の構成模式図。
FIG. 2 shows the present invention in which 1 transistor and 1 capacitor DR are used.
FIG. 9 is a schematic diagram of the configuration of another embodiment applied to an AM type memory cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁基板 2 半導体層 3 ソース領域 4 ドレイン領域 5,6 コンタクト層 7 ソース電極 8 ドレイン電極 9 ゲート絶縁層 10 ゲート電極 11 強誘電体薄膜 12 記憶電極 1 Insulating Substrate 2 Semiconductor Layer 3 Source Region 4 Drain Region 5, 6 Contact Layer 7 Source Electrode 8 Drain Electrode 9 Gate Insulating Layer 10 Gate Electrode 11 Ferroelectric Thin Film 12 Storage Electrode

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年12月1日[Submission date] December 1, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All drawings

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図1】 [Figure 1]

【図2】 [Fig. 2]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/784 29/788 29/792 9056−4M H01L 29/78 311 J 371 (72)発明者 店村 悠爾 東京都中央区日本橋一丁目13番1号ティー ディーケイ株式会社内 (72)発明者 長野 克人 東京都中央区日本橋一丁目13番1号ティー ディーケイ株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H01L 29/784 29/788 29/792 9056-4M H01L 29/78 311 J 371 (72) Inventor Yuji Tatemura 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDC Corporation (72) Inventor Katsuto Nagano 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDC Corporation

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁基板上に形成された半導体層、 該半導体層表面に離間して形成されたソース領域及びド
レイン領域、 前記ソース領域及び前記ドレイン領域上に各々形成され
たソース電極及びドレイン電極、 前記半導体層上の前記ソ−ス領域と前記ドレイン領域の
間の離間した部分の表面に形成されたゲート絶縁膜、 該ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極、 該ゲート電極上に形成された強誘電体薄膜、 該強誘電体薄膜上に形成された記憶電極からなることを
特徴とする不揮発性メモリセル。
1. A semiconductor layer formed on an insulating substrate, a source region and a drain region formed separately on the surface of the semiconductor layer, and a source electrode and a drain electrode formed on the source region and the drain region, respectively. A gate insulating film formed on a surface of a space between the source region and the drain region on the semiconductor layer, a gate electrode formed on the gate insulating film, formed on the gate electrode A non-volatile memory cell comprising a ferroelectric thin film and a memory electrode formed on the ferroelectric thin film.
【請求項2】 半導体層が絶縁基板上に形成された多結
晶半導体層であることを特徴とする請求項1記載の不揮
発性メモリセル。
2. The non-volatile memory cell according to claim 1, wherein the semiconductor layer is a polycrystalline semiconductor layer formed on an insulating substrate.
JP3335928A 1991-11-27 1991-11-27 Nonvolatile memory cell Pending JPH0689982A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012009903A (en) * 2011-10-11 2012-01-12 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Semiconductor nonvolatile storage element and manufacturing method of the same

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