TW461096B - Semiconductor memory - Google Patents

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TW461096B
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field effect
type electric
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Dai Hisamoto
Kozo Katayama
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Hitachi Ltd
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Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 461096 A7 B7 五、發明説明（1 ) 〔技術領域〕 本發明是關於使用可大規模積體化的絕緣閘極型電場 效應電晶體之半導體記憶裝置。 〔背景技術〕 目前具代表性的積體半導體記億裝置，例如有：由記 憶格所構成之動態_機存取記憶體（D R A Μ )，該記億 格是由一個電場效應電晶體與一個電容元件所構成。第1 圖是表示使用此D RAM之記憶格的等效電路圖。該記億 格是以電容元件C1所持有的電荷量作爲資訊而予以保持 之構成。並且，在藉由字元線WL來使電晶體T 1形成 ON的狀態下，可由外部來對電容元件C 1進行存取，而 改變電荷量。就使用該記億格的積體半導體記億裝置而言 ，是將儲存於電容C 1中的電荷讀出於資料線D L，並讀 取該資料線的電位變化，而來進行資訊的讀出操作。但， 若爲了達成高積體化而使單元微細化的話，則電容元件所 具有的容量也會跟著變小，且讀出信號會變小。 就迴避此情況發生的方法而言，例如有使用讀出時取 出比所保持的電荷量還要大的信號電荷量之增益單元，而 來放大電荷之記億格方式。如圖2之以等效電路所示之3 元件的動態記憶格方式。在此，R W爲讀出字元線，W W 爲寫入字元線，RB爲讀出資料線，WB爲寫入資料線。 經由電晶體T 1來將電荷保持於電晶體T 2的閘極電極。 並且’經由電晶體T 3，T 2來讀出該閘極的電位。此刻 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^ ^ 裝 —訂 I I 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫^頁) -4 - 461096 A7 B7 五、發明説明（2 請 先 閲-讀 背 面 之— 注 意 事 項 再 填 冯1. ’裝 本_..冬 頁 ，保持於電晶體T 2的閘極的電荷不會受到讀出動作的影 響，而能夠根據被驅動的通道電荷來取出（作爲信號）。 亦即，電晶體T 2的閘極電荷可藉由電晶體τ 2，T 3而 被放大。 但，由於此方式需要3個電晶體，因此積體性要比圖 1所示的元件構造來得低。又，爲了要提高資訊保持性能 的可靠度，而必須要使用設置電容元件（連結於電晶體 T2的閘極）等之構成。 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在此，藉由2個電晶體來進行動作的增益單元構造被 提案。有關此構造方面，例如有記載於（International Electron Devices Meeting, ρρ·1006- 1008，1 992 )中。圖 3 是表示該等效電路。經由連接於位元線B L的寫入電晶體 Τ 1來使電晶體T 2的閘極G 1的電荷變化。並且，電晶 體T 2具有層疊後的閘極G 1與閘極G 2。因此，可藉由 閘極G 2的電位變化來經由連結後的電容使閘極G 1的電 位變化，而使電晶體T 2的通道能夠進行電場效應電晶體 動作。此刻，閘極G 1的電位可根據保挣於閘極G 1中的 電荷量來改變。 此構成的特徵是以PM0S來作成寫入電晶體T1， 及以NMO S來構成讀出電晶體T 2。因此’寫入’讀出 及待機時的字元線操作是會形成圖4所示一般。亦即’由 於寫入時是使寫入電晶體Τ 1形成ON狀態，因此會使字 元線WL的電壓VWL形成低寫入電壓Vw(W)，待機時 設定成保持電壓Vw(S)，讀出時設定成與寫入時呈相反 本纸浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 5 461096 Α7 Β7 .五、發明説明（3 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 的高讀出電壓Vw(R)。又，由於讀出時寫入電晶體是形 成〇 F F狀態，因此可以非破壞性地讀出記億格所持有的 資訊。又，圖中I(RM ‘1’ ）是表示讀出値爲‘1’ 時的汲極電流，I(RM ‘〇’ ）是表示讀出値爲‘0’ 時的汲極電流。 但，‘就此構成而言，位元線B L是連接於寫入電晶體 T 1及讀出電晶體T 2雙方的電極而共用。因此’寫入時 讀出電晶體T 2會根據位元線電位而形成〇 N狀態’消耗 電流會增大。又，因爲是以使用多結晶矽的TFT ( Thin Film Transistor )來構成讀出電晶體，所以讀出電流小。並 且在元件配置中，由於在平面佈局中並列配置2個電晶體 ，因此需要較大的面積。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，於日本特開平10 — 200001公報的圖2 0 中揭示有可實現高速•高積體性的記憶裝置’亦即由電場 效應型電晶體與縱型構造元件所構成的記億裝置。縱型構 造元件是以相當於電場效應型電晶體的源極•汲極路徑上 的閘極的部份作爲記憶節點，並於此記憶節點上設置由多 重隧道障壁構造所構成的隧道障壁構造’且於多重障壁構 造的上壁設置控制電極，及於側壁設置閘極。 - 又，該記憶裝置會在控制電極與記億節點間施加電壓 ，而使控制電極的電壓變化，藉此而使能夠控制由控制電 極穿過隧道障壁構造而到達記憶節點的電子個數’亦即電 荷量，並且利用設置於側壁的閘極來將附加的電場施加於 多重隧道障壁構造中，藉此電子會穿過多重隧道障壁構造 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉Μ規格（210X297公釐〉 -0 - G ... 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 09 6 A7 B7 五、發明説明（4 ) ，而來控制儲存於記億節點者而寫入。又，由於可利用寫 入記憶節點中的電荷來影響電場效應型電晶體的源極•汲 極路徑的導電性，因此可藉由此狀況的監控來讀出資料。 又，該縱型構造元件是以施加於閘極（設置於翻壁） 的電壓來使多重隧道障壁構造的障壁高度變化，藉此來控 制穿過隧道障壁構造的電子個數，亦即電荷量，而形成載 流子爲N型的元件^又，在使用該多重隧道障壁構造的縱 型構造元件中並無控制作爲載流子的正孔（hole )之槪念 ，亦即並未考量有關執行P型電場效應型電晶體動作的縱 型構造元件。 〔發明之揭示〕 本發明之目的在於提供一種可以抑制消耗電力，使具 有良好的讀出特性及良好的資訊保持能力之積體性高的半 導體記憶裝置。 本發明之半導體記憶裝置是以形成於基板面上的絕緣 閘極型電場效應電晶體作爲讀出電晶體「並以與該讀出電 晶體的通道領域重疊的位置上和基板面呈垂直的方向上具 有通道的絕緣閘極型電場效應電晶體（亦即形成縱型構造 的絕緣閘極型電場效應電晶體）作爲寫入電晶體，而形成 層疊構造，且寫入電晶體與讀出電晶體爲相反導電型。又 ，利用層疊構造來分離寫入電晶體的位元線與讀出電晶體 的位元線。 其次，利用圖5 (表示本發明之代表性的元件構造） 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 461096 A7 B7 五、發明説明（5 ) (請先閱讀背面之注意事項再填落本頁) 來說明所能取得的效果。在圖5中形成有：以基板10 〇 上的擴散層電極2 2 0與3 2 0作爲源極，汲極，及以層 3 5 0作爲閘極電極之NMO S電場效應電晶體T 2。並 且’在經由絕緣膜9 8 0而形成通道的層（以下稱爲通道 部）15 0中配置有：帶來電場效應的閘極電極5 0 0， 及以電極3 5 0與2 5 0來作爲源極，汲極之縱型配置的 電場效應電晶體Τ Ϊ。又，電極2 5 0是摻雜高濃度的P 型雜質’而形成導電化的擴散層電極，層9 7 6是以矽氧 化物而形成之絕緣層。 圖6是表示圖5所示之構造的記憶格的等效電路。在 本元件構造中，電晶體Τ 1爲寫入元件，電晶體T2爲讀 出元件。兩電晶體是以彼此呈相反的導電型而構成，因此 與上述習知例同樣的，由於各閘極電極是電氣性·地動作於 相反方向，因此可在不破壞資訊的情況下讀出。又，由於 兩電晶體是被層疊著，因此可縮小面積。又，由於讀出元 件T 2是根據以基板作爲通道部的電晶體來形成，因此可 確保良好的讀出電流。 _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其次，針對記億格的動作加以說明。在此，D 1爲讀 出位元線，D 2爲寫入字元線，D 3爲寫入資料線，D 4 爲讀出位元（字元）線。根據寫入字元線D 2來使電晶體 Τ 1形成ON狀態，而來將寫入資料線D 3的電位予以寫 入記憶保持部（閘極電極3 5 0 )中，並且根據寫入字元 線D 2來使電晶體Τ 1形成0 F F狀態，而使保持電荷》 此刻，讀出用電晶體T 2的閘極電位會被決定。例如，閘 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8 - 461096 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（6 ) 極電位超過電晶體T 2的臨界値時，若在讀出位元線D 1 ，D 2間賦予電位差，則會有電流流動。另一方面，閘極 電位低於臨界値時，即使在讀出位元線D 1，D 2間賦予 電位差，電流也不會流動。因此，可根據該電流來讀出閘 極電位。 就此構造而言，由於寫入部與讀出部在動作上是被分 離，因此即使形成積體化，也不會有讀出動作破壞其他記 億格的資訊之情況發生。在此，雖讀出位元線D 1與寫入 字元線D 2，寫入資料線D 3與讀出位元（字元）線D 4 是以能夠形成平行而配置，但由於讀出與寫入是被分離， 因此只要使讀出位元線D 1與讀出位元（字元）線D 4， 寫入字元線0 2與寫入資料線D 3能夠垂直而配置即可。 有關這方面，在之後的實施例中會加以說明。 _ 此外，可兼用寫入與讀出的字元線。又，雖然爲了說 明動作，而於圖6中使用虛線來描繪電容元件，但在實際 的構造中，由於在電極間有重疊的情況存在，因此不須追 加製程，而能夠形成電容元件。例如，寫入元件爲Ρ型， 讀出元件爲Ν型時，寫入元件Τ 1會在字元線D 2中追加 負電位的情況下形成ON狀態，資料線D 3的電位被寫入 。-另一方面，在讀出元件T2中，在字元線D2中追加正 電位的情況下，通道形成Ο N狀態。亦即，可在字元線 D 2中追加正電位的情況下根據電容連接器來將正電位賦 予讀出元件T 2的閘極。此刻，在寫入元件T 2中，由於 0 F F狀態會被更爲強化，因此可抑止電荷洩漏。 (請先閲讀背面之注意事項再填頁) -裝_ 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -9- 4 6 1 09 6 at B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（7) 相對的，就圖2所示之習知增益單元而言’由於相輔 的動作無法進行’因此在寫入（消去）時’賦予最高聞極 電壓，而使不會破壞該資訊’藉此必須在低電壓讀出。因 此，可作爲資訊使用的電位範圍會變得狹窄’而使得難以 持有多値資訊。 在相輔的動作中，由於在讀出時的字元線D 2的電位 中並沒有如此限制，因此至少可使用3個以上的資訊’亦 即多値的資訊（多階段的電位狀態）。又’因爲在讀出時 的閘極電位中並沒有受限於資料破壞，所以可以自由地賦 予施加電位，因此可使保持電荷狀態呈連續狀態讀出。又 ，因爲會根據閘極施加電壓與保持電荷狀態而被賦予讀出 結果，所以可利用此讀出結果來進行運算處理。 〔用以實施發明之最佳形態〕 以下，參照圖面來詳細說明本發明。 (實施例1 ) _ 圖7是表示本發明半導體記憶裝置之具代表性的元件 剖面構造圖。 圖-8是表示以2個記億格爲基本單位時之平面佈局例圖。 圖8中的虛線矩形領域是表示2位元的領域。又，圖8中 的元件符號1 0所示的部份是表示連接讀出元件T 2的一 方擴散層電極（源極或汲極電極）與配線層D 4之接觸孔 ’又，元件符號11是表示連接讀出元件T2的另一方擴 ------------裝V-----訂------線Ϊ r (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 4 6 1 0 9 6 A7 B7 五'發明説明（） 8 散層電極（汲極或源極電極）與配線層D 1之接觸孔，又 ，以斜線所示之領域1 2爲寫入元件T 1的柱狀領域， (請先閲讀背面之注‘意事項再填寫本頁) 1 3爲淺溝元件分離絕緣膜的境界領域。又，D 1是表示 對應於圖6之讀出位元線D 1的配線層，D 2是表示對應 於圖6之寫入位元線D 2的配線層，D 3是表示對應於圖 6之寫入位元線D 3的配線層，D 4是表示對應於圖6之 讀出位元（字元）線D 4的配線層。 又，圖9〜圖1 2是根據圖8中的A — A線及B — B 線來說明製造過程。並且，在圖9〜圖1 2中，左側爲沿 著A — A線的剖面，右側爲沿著B — B線的剖面。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，圖7中，符號250，350爲形成縱型構造電 晶體的源極，汲極的層。又，閘極5 0 0會經由絕緣膜 9 8 0而從兩側來對通道部1 5 0產生電場效應。這將形 成寫入用電晶體T 1。又，以形成於單結晶基板1 0 0的 擴散層電極2 2 0及3 2 0作爲源極及汲極，以寫入用電 晶體T 1的層3 5 0作爲閘極之電晶體，是經由絕緣膜 9 8 0來使閘極3 5 0對源極，汲極間的_通道產生電場效 應，而得以取得電場效應型電晶體動作。這將形成讀出用 電晶體T 2。 -圖7所示之構造中，由於擴散層220，320與擴 散層2 5 0，3 5 0是藉由相反的導電型雜質而形成之擴 散層電極，因此可實現具有不同的導電型之電晶體的積層 。擴散層2 5 0與藉由金屬矽化物而形成的層2 51是對 應於圖6之寫入資料線d 3而層疊的配線層，符號9 7 6 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^ 61 09 6 A7 B7 五、發明説明（） 9 所示的層爲絕緣層，9 8 5爲層間.絕緣層’ 9 8 6爲絕緣 膜，600爲對應於圖6的配線D4之配線層。 以下，利用圖9〜圖1 2來說明該製造過程。首先， 如圖9所示，使用P型矽基板1 0 0，藉由習知的淺溝隔 離法來形成元件分離層9 0 0。在此，利用離子植入法來 進行通道掺雜，而使能夠設定成讀出元件T 2的必要臨界 値。又，·使基板表面*化，並且利用C V D ( Chemical Vapor Deposition )法來層疊矽氮化膜，而形成閘極絕緣膜 970。然後，堆積摻雜P型雜質之多結晶矽350 (形 成讀出元件T2的閘極，寫入元件T 1的源極或汲極電極 )，及含微量的N型雜質之多結晶矽層1 5 0。接著，在 與圖8所示之A - A線平行的方向上利用習知之光學微影 成像技術來進行圖案加工，而形成溝。藉此，在沿著B -B線的斷面中會出現絕緣膜層9 7 0。 其次，如圖1 0所示，在堆積絕緣膜9 7 5後，利用 C M P(Chemical Mechanical Pol_ishing)法來去除溝以外堆 積的絕緣膜9 7 5，藉此以能夠使多結晶砂層1 5 0的頭 部出現之方式來形成平坦化。然後，藉由C V D法來層疊 植入P型雜質的多結晶矽層2 5 0及鎢矽化物層2 5 1， 並-且堆積矽氮化物層9 7 6。 其次，如圖1 1所示’在與圖8所示之B — B線平行 的方向上對這些層疊膜圖案加工成溝狀，而藉此來形成由 多結晶矽層2 5 0與金屬矽化物層2 5 1所構成的資料線 D 3 ’及寫入元件τ 1的縱型構造。接著，以該層疊構造 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS )从規格（2丨〇χ297公釐） I, 裝，------訂-------線 I Y (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -12- 4 6 109 6 A7 B7 五、發明説明（） 10 ------------裝，.r (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 作爲光罩，而藉由植入N型雜質來形成讀出元件T 2的擴 散層電極2 2 0，3 2 0，然後在表面上堆積閘極絕緣膜 9 8 0 (層疊氮化物後的閘極絕緣膜）。 其次，如圖1 2所示，藉由摻雜高濃度的雜質（形成 寫入元件Τ 1的閘極）來堆積金屬化後的層5 0 0，並且 對字元線D 2進行圖案加工。 以.下，將藉由》間絕緣膜的堆積及兩層配線的進行來 對讀出元件T2的擴散層電極2 2 0，3 2 0形成配線 D 1 ，D 2。藉此，將能夠取得圖7所示之構造的記億格 經濟部智*-財產局員工消費合作社印製 本構造是由：寫入元件T1爲使用多結晶矽的P型 MO S F E T，及讀出元件T 2爲使用基板單結晶矽的N 型M〇 S F E T所構成，而能夠形成具有良好的讀出特性 之層疊構造的2個電晶體記憶格。並且，可藉由使圖6之 字元線D 2的電位動作於負側來使寫入電晶體τ 1形成 〇N狀態’而來寫入資料線D 3的電位。另一方面，可藉 由字元線D 2位於正側來使讀出電晶體τ 2形成◦ N狀態 。此刻，寫入元件Τ 1會開始形成〇 f F狀態，因此被寫 入讀出元件T 2的閘極的資訊不會被破壞。又，可藉由此 刻-的保持電荷量來改變讀出元件T 2的狀態。 又’讀出元件T 2的擴散層電極2 2 0，3 2 0會分 別從位元線D 1 ’ D 4被引出，並且在此實施例中形成垂 直配列。因此，可進行藉由位元線D 1，D 4而讀出之記 億格的選擇。亦即’即使不改變字元線D 2的電位，還是 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13- 4 6 109 6 at ____ B7___ 五、發明説明（） η 可以藉由對閘極3 5 0的擴散層電位的改變來讀出保持於 閘極3 5 0的電荷量。當然，亦可與字元線D2的電位組 合而使動作。 圖1 3是表示使用習知所謂非揮發性記憶體（例如 EEPROM或FLASH)之增益單元的動作。在此， 3値爲‘ -1 ’ ’ ‘ ◦ ’ ， ‘ 1 ’ ，縱軸爲汲極電流，橫 軸爲字元線的電壓V、！，分別表示讀出時的狀態。又，圖 中I (RM ‘1’ ）是表示讀出値爲‘1’時的汲極電流 ’ I (RM ‘〇’ ）是表示讀出値爲‘〇’時的汲極電流 ’ I (RM ‘一 1’ ）是表示讀出値爲‘-1’時的汲極 電流。又，Vw (S)爲保持電壓，Vw (R)爲讀出電壓 〇 寫入時（消去）時，賦予最高的閘極電壓，而使不會 破壞該資訊，藉此必須在低電壓讀出。在此，字元線的寫 入電壓Vw (W)爲Vm 1，及供以能夠在不破壞所保持的 資訊下進行讀出的動作界限爲Vm 2。因此，可作爲資訊 使用的電位範圍會形成以Vm 1與Vm 2的差所示之狹窄 的範圍。又，爲了使持有多値資訊，而必須分割該電位範 圍，將難以使記憶體動作。又，在相輔動作中，由於在讀 出-時的字元線電位中並沒有如此的限制，因此可以使用多 値的資訊（多階段的電位狀態）。 又，於寫入動作中，由於目前爲止的非揮發性記憶體 是根據藉由高電場而產生的載流子的注入量來改變所保持 的電荷量，因此使多値動作進行時，必須以時間等來控制 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 裝.W 訂 線！r (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 4 6 1 09 6 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 12 寫入注入量，而一邊進行所謂查證（verify )的檢證動作 ，一邊進行寫入。就本發明構造的多値動作而言’基本上 可藉由注入電荷量的控制來利用電晶體的通道進行寫入’ 因此可以控制電位本身。亦即，將寫入元件T 1的資料線 D 3的電位予以寫入，而於不進行檢證動作的情況下’例 如在至少具有3個複數的記憶格情況時，在1次週期中使 至少3個的電荷狀態進行寫入動作，亦即使多値動作進行 〇 圖1 4是表示記憶格的配置例，爲配置圖8所示之2 個基本單位的例子。由於讀出元件T 2的配線是取2層配 線，因此可藉由交互重複配置來將圖中斜線所示的D 1配 線佈局成高密度。在此，雖是拉成2層配線，但亦可根據 擴散層配線（將一方形成於基板）來形成。此情況，將可 減少1層分量的配線層形成過程。 此外，讀出元件的位元配線D 1 ，D4，可將一方固 定於與基板電位相同的電位而使動作。此情況，可使擴散 層與基板電氣性短路，而固定於同電位。此方式，由於基 板可作爲給電部，因此能夠容易形成配線。 · 就此構成而言，由於可在所有的擴散層電極中個別配 線因此能夠取各式各樣的記憶格陣列配線。圖1 5中， 讀出位元線D1，寫入資料線D 3，讀出位元（字元）線 D 4爲平行配置，且以能夠與這些線呈垂直之方式來配置 寫入字元線D 2。又，藉1位元的記憶格來將實際的佈局 例表示於圖1 6中。又，圖1 5之電路圖中，針對縱型構 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -------------裝：.}-----訂------線—;r (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -15- 4 6 1 09 6 a? B7 五、發明説明（） 13 造元件的寫入元件T1 ’爲了與通常的MOS電晶體有所 區別，而以虛線的電晶體記號來表示相當於通道部的部份 ，取代通常MO S電晶體記號。 另外，利用圖1 7的等效電路圖來表示平行配置讀出 位元線D1 ，寫入字元線D3 ’讀出位元（字元）線D4 ，且以能夠與這些線呈垂直之方式來配置寫入電晶體T1 的資料D 3。又，利'用1位元的記億格來將此刻的實際佈 局例表示於圖18中。 本發明之記億格的特徵，如以上所述，所有的端子可 個別被引出，且可非破壞地讀出資料。其特徵可使用記憶 格來進行運算。圖1 9是表示具代表性的OR運算的構成 例。亦即，以能夠共有讀出線D 1 ，D 4之方式來並列配 置記憶格。藉此，可根據記憶格的讀出操作來實現◦ R運 算電路。在此雖於每一記憶格配置字元線D 2，但由於寫 入元件T 1的資料線D 3被分離，因此可使字元線共有。 圖2 0是表示供以使AND運算進行之縱疊後的記憶 格配置例。形成運算處理所有記憶格的讀#電晶體T 2爲 ON狀態時及除此以外時之電路構成。在此雖可藉由分離 各個記億格的字元線D 2來共用寫入元件T1的資料線 D- 3，但亦可如圖2 1所示，使字元線D 2形成共通化， 對個別的寫入元件T1放置資料線D3° 在此所示之OR及AND的運算電路的構成例爲運算 基本例，亦可藉由組合來形成各種的運算處理閘極。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -------<----裝 >-----訂------線—,.ν (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -16- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 1096 A7 ___B7_ 五、發明説明（） 14 (實施例2 ) 圖2 2是表示提高本發明構造之記憶格的電荷保持能 力，亦即形成所謂非揮發性記憶體之第2實施例。並且， 在圖2 2中與第1實施例的圖5所示之構成部份相同的構 成部份賦予同樣的元件符號。 圖2 2之元件構造是在圖5所示之本發明的代表性元 件構造中形成將絕緣膜9 3 1挾持於電極3 5 0與通道部 1 5 0之間的構造。亦即，由於電極3 5 0是藉由絕緣膜 來包圍其周圍，因此會形成所謂浮動閘極之類的構造。 另一方面，爲了取得寫入元件動作，而使絕緣膜 9 3 1形成非常薄，且電荷可利用隧道現象而透過。藉此 ，即使挾持絕緣膜9 3 1，寫入元件T 1的基本動作還是 能夠取得與上述實施例相同者。 " 此情況的特徵爲：挾持隧道絕緣膜9 3 1而放置的通 道部1 5 0是利用闇極5 0 0的電場效應而控制，因此可 使來自電極3 5 0的電荷洩漏形成非常的低。又，由於是 使用金屬材料來形成電極3 5 0，而得以調整與絕緣膜 9 3 1的障壁高度，因此將能夠控制隧道電流。 有關此元件的動作方面將進行以下的考察。在此元件 構.造中，由於可以抑止形成記億保持部之電極3 5 0的電 荷洩漏，因此可視爲形成挾持絕緣層（在金屬與半導體之 間防止電荷洩漏的障壁）之構造。亦即，在肖脫基（ Schottky )接合中可藉由所謂肖脫基勢壘的障壁Pm來抑制 漏電流。在此，可藉由挾持具有比肖脫基障壁Pm的障壁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' " -17- ---.--^---丨装丨'W-----訂------線I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 1096 A7 ____^^_ 五、發明説明（） 15 高度P i還要大的絕緣膜9 3 1來減低由金屬側通過半導 體側的載流子。 又，亦可以挾持絕緣層的構造之接合（Μ I S接合） 來取代該宵脫基接合。例如有：S z e著"Physics of Semiconductor Devices,second edition,JOHN WILEY & SONS " 540〜553頁中所記載者。即使挾持具有高障 壁高度P i的絕緣膜' 還是可以藉由使絕緣層的膜厚形成 非常薄來促進隧道現象，而使接合的開關動作能夠進行。 一般，藉由隧道現象而穿透該絕緣膜的載流子是依存 於障壁高度，膜厚及載流子的能量。又，裝置構造可藉由 控制金屬材料與絕緣膜間的障壁高度，絕緣膜的厚度，及 非平衡狀態的電位分布來控制漏電流。又，由於目前爲止 可使讀出元件T 2的性能良好，因此可利用N型讀出元件 來構成記億格。但，以使用此處所示之通道的電場效應電 晶體來作爲寫入元件T 1時，由於寫入元件的驅動能力良 好，因此能以N型來形成寫入元件，以P型來形成讀出元 件，而取得良好的特性。 本實施例的構造是藉由縱型的通道配置來形成不會使 平面面積增加之通道長的大裝置。藉此，將可抑制短通道 化-之漏電流的增大。並且，在兩側配置閘極，更可有效地 活用電場效應。而且，藉由此縱型構造，將可容易形成以 往難以達成之非對稱型系的電晶體。因此，絕緣膜9 3 1 的障壁可僅接觸於形成縱型構造元件的儲存節點的一側的 電極3 5 0而形成，進而能夠抑止驅動能力的下降。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -----------裝}-----訂-----I 線—V (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -18- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 1 Q9 6 A7 B7 五、發明説明（） 16 其次，利用圖2 3〜圖2 8來依過程次序說明圖2 2 所示之構造的代表性記億格的製造方法。這些圖是表示剖 面構造。 首先，如圖2 3所示’在矽基板1 0 〇上藉由通常 M〇 s L S I形成時所使用的淺溝元件分離法來形成元件 分離絕緣膜9 0 0之後’對露出的矽表面進行熱氧化，而 來形成讀出元件T 2用閘極絕緣膜9 7 0。並且在上面層 疊形成記億節點的金屬電極3 5 0及隧道膜9 3 1 ，以及 形成通道部的層1 5 0。 此情況，由於障壁高度是根據與絕緣膜9 3 1的界面 而定，因此可使金屬電極3 5 0形成層疊構造。亦即，可 在閘極絕緣膜9 7 0上放置摻雜高濃度的雜質而活化後的 多結晶矽層之後，堆積金屬層（例如鈦矽化物以及堆 積鈦氧化膜之後，放置形成通道部1 5 0的多結晶矽層。 又，可在通道部的多結晶矽堆積前堆積鎳薄膜，然後 堆積非結晶狀的矽，並且施加5 ο 〇 °c〜6 〇 〇 r的低溫 熱處理而使結晶化，藉此而能夠形成具有良好的結晶性之 通道部。又，可在結晶化後去除移動至表面側的鎳層。 其次，如圖2 4所示，可藉由熱光阻法來針對形成通 道部的多結晶矽層150，隧道膜931及電極350進 行圖案加工，並且利用離子植入法來形成擴散層2 2 0。 其次，如圖2 5所示，在基板上堆積氧化膜9 2 1之 後，藉由CMP法來使其平坦化，且蝕刻至露出多結晶矽 1 5 0爲止。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ).A4規格（210X297公釐） , ------裝 3-----訂------線—:'V (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -19- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 _____Β7五、發明説明（） 17 其次’如圖2 6所示，爲了制止雜質擴散，而在形成 薄氮化膜（圖中未示）之後，堆積形成寫入元件T 1的資 料線D 3之摻雜高濃度雜質的多結晶矽1 5 〇及電極保護 膜9 5 0 ’並對該層疊膜進行圖案加工。此刻，可根據所 摻雜的雜質來決定寫入元件T 1的導電型。N型的情況時 ’例如摻雜砷，P型的情況時，例如摻雜硼即可。又，可 使用在矽.鍺混晶中'摻雜砷（N型時）或硼（P型時）者 來取代多結晶矽。藉此，即使在低溫也能夠使雜質活化。 其次，如圖2 7所示，對寫入元件T 1的閘極形成部 的氧化膜進行蝕刻，而形成溝，並且在露出的通道部多結 晶矽1 5 0的側面等堆積閘極絕緣膜9 8 0。在此，由於 在擴散層上所形成的絕緣膜較容易產生耐壓劣化，因此放 置形成間隔件的絕緣膜9 3 5來提高耐壓。又，亦可在藉 由去除間隔件及擴散層，以及在基板上形成閘極絕緣膜的 情況下根據閘極的電場效應的反轉層來形成源極及汲極， 而來取代擴散層2 2 0。 其次，如圖2 8所示，在堆積形成閘極的電極層 5 0 0之後，針對作爲寫入元件T 1的字元線D 2之閘極 電極層5 0 0進行圖案加工。 - 如以上所述，由於本記憶格是形成於矽基板10 0上 ，因此能夠整合性良好地與習知之MO S F E T集成。 以下，將利用圖2 9〜圖3 5來說明與上述不同之本 實施例的記憶格的製造方法。在圖中與上述同樣的是組合 兩個剖面構造。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) — -20- ------------裝 >-----訂------線 t:'r (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 71 〇 1 09 6 A7 B7 五、發明説明（） 18 首先，如圖3 0所示’在讀出資料線方向上對層疊腠 進行圖案加工而成溝狀，並且藉由離子植入法來形成擴散 層 2 2 0。 其次，如圖3 1所示’在與資料線垂直的字元線方向 上根據字元線圖案來對層疊膜進行加工。 其次，如圖3 2所示，在形成閘極絕緣膜9 8 〇之後 ，堆積形成閘極的電極層5 0 0，且藉由蝕刻在柱狀層疊 膜周圍形成間隔狀的閘極電極5 0 0。此刻，如圖中右側 所示，使字元線方向的柱間隔比資料線方向（圖中左側） 來得狹窄，且使閘極電極層5 0 0的堆積厚度形成字元線 方向間隔的1 / 2以上，以及形成資料線方向間隔的1 / 2 ^以下，而使能夠自我整合地連接閘極電極。 其次，如圖3 3所示，在去除電極保護膜9 5 0及堆 積金屬配線層6 2 5之後進行圖案加工，而使能夠形成寫 入元件T1的資料線D3。 又，本記憶格的製造方法中，在閘極電極層5 0 0的 形成前（圖3 1之後）可藉由一時在氧化Μ形成平坦化及 進行蝕刻來形成間隔件層9 3 5 (如圖3 5所示）。·又， 可利用該間隔件層9 3 5來減少寫入元件Τ 1與讀出元件 Τ-2的相互干擾，並且能夠提高讀出元件Τ 2的耐壓。又 ，間隔件層9 3 5的材料，例如可使用矽氧化膜。 又，本實施例的元件構造，如圖3 6所示，有利於組 合層疊多段的記憶格之所謂NAND型陣列。又，由於可 以相輔地作動，因此能夠藉由依次（Α0 0〜A 7 7 )施 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ---------一-I .----装 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ---訂------線 ---------- -21 - 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 61 096 A7 _________B7五、發明説明（） 19 加電壓來讀出連結於同一讀出資料線B〇〇，b 1 1， B2 2的記億格。又，由於資料線B〇〇，B1 1， B 2 2是根據擴散層與通道而形成，因此可以減少配線及 接觸孔的形成。藉此’將容易形成記憶格的微細化，而能 夠達成高積體化。又’ D〇〇，Dl 1，D2 2爲寫入資 料線。 圖3 7是表示將本實施例的記憶格配置成陣列狀之一 例。圖圖中，符號C 〇爲寫入字元線的驅動部，符號c 1 爲寫入資料線的驅動部，符號C 2爲讀出字元線的驅動部 ，符號C 3爲讀出資料線的感測部。 本記憶元件的構造之漏電流的抑制，可藉由閜極電極 5 0 0來有效地控制挾持於電極3 5 0與通道部1 5 0的 絕緣膜9 3 1而達成。亦即，保持寫入元件τ 1的—閘極 5 0 0與記憶保持部的電極3 5 0的電位關係，在漏電流 減低中極爲重要。在此’於本記憶元件應甩中，可藉由裝 置R(可在某電位狀態下使寫入字元線安定化）的設置來 經常維持抑止漏電流的狀態（不使用電力J 。這對於形成 非揮發性記憶的動作極爲有效。例如，當裝置R連接電阻 時，可使電位形成接地電位。亦即，即使該記憶裝置被切 斷-電源，字元線照樣會被固定於接地電位，而能夠抑止漏 電流，因此可長時間持續保持資訊》當使用阻抗作爲裝置 R時，在動作狀態中，亦即在字元線被選擇的狀態中，雖 然會使消耗電力增大，但只要被選擇的字元線爲最大且陣 列中的一條，而選擇適當大小的阻抗，便可在不使消耗電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） ' 一 -22- ----I- -L----裝；>-----訂------線~广 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 461096 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7__五、發明説明（） 20 力增大的情況下取得良好的資訊保持特性。 (實施例3 ) 利用圖3 8〜4 8來說明本發明之記憶格的其他製造 方法。圖4 8爲記億格的佈局例，在此是使用1 2單元。 並且，圖3 8〜圖4 7是分別將沿著圖4 8之A — A線及 B - B線的剖面予以分成左右而同時顯示者。又，於佈局 圖中，符號Al 1〜A66爲寫入資料線，Bl 1〜 B44爲讀出位元線，D00〜D3 3爲讀出位元線或讀 出字元線。又，寫入字元線是位於橫方向剖面線部上。 首先，如圖3 8所示，本實施例是利用S Ο I (Silicon On Insulator)基板來形成記億格之方法。當然在上述記憶格 中也是將讀出元件形成於S 0 I基板上。並使用在埋入氧 化膜960上具有矽層（SOI) 1〇1及保護層910 的晶圓。 其次，如圖3 9所示’利用習知的淺溝分離法來再度 形成元件分離領域9 0 0及保護膜9 1 0 ; 其次，如圖4 0所示’使接觸形成部的保護膜9 1 〇 形成開口，並堆積高濃度摻雜後的多結晶矽3 6 〇，且對 讀-出字元線（圖中左側）及引出層（圖中右側）進行圖案 加工。然後’在多結晶矽3 6 0的表面及側面形成絕緣膜 911，912。 其次，’如圖4 1所示，在引出層上部形成接觸孔， 再度堆積尚濃度慘雜後的多結晶砍6 6 0，而形成讀出資 -----------^ V-----訂------線 I Γ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐） -23- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 1096 A7 ___ B7_五、發明説明（） 21 料線（圖4 1右側所示的圖）。並且，利用熱處理來形成 以多結晶矽3 6 0作爲擴散源之必要的擴散層2 2 0。又 ’符號9 1 3爲絕緣膜，可使該層從形成多結晶砍6 6 0 圖案以外處完全除去。藉此，而能夠形成圖4 8之配線 D〇〇，Dll，D22，D33。 其次，如圖4 2所示，在堆積層間絕緣膜9 2 2及 923之後，藉由CMP法來表面平坦化。 其次，如圖4 3所示，去除寫入元件形成部的層間絕 緣膜922，923及保護膜910，而使矽層1〇1的 表面露出。 其次，如圖4 4所示，在形成閘極氧化膜9 7 0之後 ，堆積金屬電極350，通道膜931，多結晶矽150 〇 " 其次，如圖4 5所示，至層間絕緣膜9 2 3表面爲止 ，將該層疊膜加工成柱狀之後，堆積層間絕緣膜9 2 1， 並利用回蝕刻來使多結晶矽層1 5 0露出。 其次，如圖4 6所示，形成具備絕緣售9 2 4的寫入 資料線2 5 0，並利用層間絕緣膜9 2 6來形成平坦化。 其次，如圖47所示，在層間絕緣膜926，921 中形成閘極圖案的溝，而形成閘極絕緣膜9 8 0及寫入資 料線5 0 0。 若根據上述製造方法，則可形成具有良好的寫入及記 憶保持性能的半導體記憶裝置。 ----—------裝〉-----訂------線-V (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） -24- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 16 1096 at B7五、發明説明（） 22 (實施例4 ) 圖4 9是表示讀出元件τ 2的不同實施例。寫入時’ 讀出元件表面會根據字元線5 0 0而形成儲存狀態’且保 持於0 F F狀態。即使是在保持狀態下，字元線照樣可以 控制讀出元件特性，而使能夠提高字元線的控制性。因此 ，可以提高讀出元件的電極電位設定的自由度。 在此，可在讀出元件Τ 2的閘極電極3 5 0形成層 L 1與L 2的層疊構造下來設定臨界値。亦即’閘極 3 5 0可由矽•鍺混晶的層L 1與鎢矽化物的層L 2所形 成。此刻，由於可藉由改變混晶的組成來改變功函數’因 此而能夠改變讀出元件的臨界値。 (產業上之利用可能性） ^ 由於本發明之半導體記憶裝置是利用2個電場效應型 電晶體來形成寫入元件與讀出元件之半導體記憶裝置，因 此可以藉由彼此相反的導電型元件來形成2個電場效應型 電晶體，而使能夠進行相輔的動作，進而可以非破壞性地 讀出資訊。又，可利用縱型構造的電晶體來層疊2個電晶 體，而使能夠有效地形成積體性良好的半導體記憶裝置。 〔圖面之簡單說明〕 第1圖是表示習知半導體記憶裝置之記憶格的等效電 路圖。 第2圖是表示習知半導體記億裝置之其他記億格的等 本紙張ΧΑ適用中關家標準（CNS ) Α4%#· ( 21GX297公釐） " •25- {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝 訂 線 4 6 1 0 9 6 A7 A 7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 23 效電路圖。 第3圖是表示習知半導體記憶裝置之其他記憶格的等 效電路圖。 第4圖是用以說明第3圖之記憶格的動作之電位關係 圖。 第5圖是用以說明本發明之代表性的元件構造的元件 剖面模式圖。 ^ 第6圖是表示第5圖之本發明元件構造的等效電路圖 〇 第7圖是表示本發明之半導體記憶裝置的第1實施例 之記憶格的剖面構造圖》 第8圖是表示第7圖之記億格的平面配置之一例的平 面佈局圖。 _ 第9圖是表示依過程次序來說明第7圖之記億格的製 造方法的最初剖面構造圖。 第1 0圖是用以說明第9圖之製造過程的下一個過程 的剖面構造圖。 — 第1 1圖是用以說明第1 0圖之製造過程的下一個過 程的剖面構造圖。 - 第12圖是用以說明第11圖之製造過程的下一個過 程的剖面構造圖。 第1 3圖是表示在使用習知非-揮發性記憶體的增益單 元之多値動作的電位關係圖。 第1 4圖是表示第7圖之記憶格的平面配置之其他例 ----------裝_〉— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
•II -線丨 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公嫠） -26- 461096 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __· _ B7__. _ 五、發明説明（） 24 的平面佈局圖。 第1 5圖是表示第7圖之記億格的其他配線例的等效 電路圖。 第1 6圖是表示第1 5圖之配線例的平面佈局圖。 第1 7圖是表示第7圖之記憶格的其他配線例的等效 電路圖。 第1 8圖是表示—第1 7圖之配線例的平面佈局圖。 第1 9圖是表示構成0 R閘極時之記憶格的配線例的 等效電路圖。 第2 0圖是表示構成A N D閘極時之記億格的配線例 的等效電路圖。 第2 1圖是表示構成AND閘極時之記憶格的其他配 線例的等效電路圖。 ' 第2 2圖是表示本發明之半導體記憶裝置的第2實施 例之記憶格的剖面構造圖。 第2 3圖是表示依過程次序來說明第2 2圖之記憶格 的製造方法的最初剖面構造圖。 _ 第2 4圖是用以說明第2 3圖之製造過程的下一 個過 程的剖面構造圖。 -第2 5圖是用以說明第2 4圖之製造過程的下一個過 程的剖面構造圖。 第2 6圖是用以說明第2 5圖之製造過程的下一個過 程的剖面構造圖。 第2 7圖是用以說明第2 6圖之製造過程的下一個過 ---.—-----裝；、-----訂------線-V (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） -27- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 109 6 a7 __ __B7_^^__五、發明説明（） 25 程的剖面構造圖。 第2 8圖是用以說明第2 7圖之製造過程的下—個過 程的剖面構造圖。 第2 9圖是表示依過程次序來說明第2 2圖之記億格 的其他製造方法的最初剖面構造圖。 第3 0圖是用以說明第2 9圖之製造過程的下一個過 程的剖面構造圖》 _ 第3 1圖是用以說明第3 0圖之製造過程的下一個過 程的剖面構造圖。 第3 2圖是用以說明第3 1圖之製造過程的下—個過 程的剖面構造圖。 第3 3圖是用以說明第3 2圖之製造過程的下一個過 程的剖面構造圖。 ^ 第3 4圖是用以說明第3 3圖之製造過程的下一個過 程的剖面構造圖。 第3 5圖是用以說明第3 4圖之製造過程的下一個過 程的剖面構造圖。 + 第3 6圖是表示記億格陣列之一例的等效電路圖。 第3 7圖是表示記億格陣列之其他例的等效電路圖° -第3 8圖是表示依過程次序來說明記億格之其他製造 方法的最初剖面構造圖。 第3 9圖是用以說明第3 8圖之製造過程的下一個過 程的剖面構造圖。 第4 0圖是用以說明第3 9圖之製造過程的下一個過 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -28· 461096 B7 五、發明説明（） 26 程的剖面構造圖。 第4 1圖是用以說明第4 0圖之製造過程的下一 程的剖面構造圖。 第4 2圖是用以說明第4 1圖之製造過程的下一個^ 程的剖面構造圖。 第4 3圖是用以說明第4 2圖之製造過程的下一個^ 程的剖面構造圖。— 第4 4圖是用以說明第4 3圖之製造過程的下一個過 程的剖面構造圖。 第4 5圖是用以說明第4 4圖之製造過程的下一個過 程的剖面構造圖。 第4 6圖是用以說明第4 5圖之製造過程的下一個過 程的剖面構造圖。 ' 第4 7圖是用以說明第4 6圖之製造過程的下一個過 程的剖面構造圖。 第4 8圖是表示記億格之其他平面配置例的平面佈局 圖。 — 第4 9圖是表示本發明之半導體記億裝置的記憶格的 其他實施例的剖面構造圖。 〔符號之說明〕 1 0 :接觸孔 1 1 :接觸孔 1 3 :淺溝元件分離絕緣膜的境界領域 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---— i-------裝.，..，>1 (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局®工消費合作社印製 -29- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 109 6 A7 _B7五、發明説明（） - 27 100:單結晶基板（P型矽基板） 1 0 1 :矽層（S 0 I·) 150:通道部（多結晶矽層）220，250，320，350:擴散層 2 5 1 :鎢矽化物層3 6 0，6 6 0 :多結晶矽 5 0 0 :閘極（閘極電極層） 6 0 0 :配線層 625:金屬配線層 9 0 0 :元件分離層 9 1 0 :保護膜911，912，913，931，935，970 ，975，980，986:絕緣膜 _ 9 2 1 :氧化膜（層間絕緣膜）922，923，926，985 :層間絕緣膜 9 3 5 :基層 9 5 0 :電極保護膜 — ' 960:埋入氧化膜 9 7 6 :絕緣膜層（矽氮化物層） -A1 1〜A66 :寫入字元線 B11〜B44:讀出位元線 C 〇 :寫入字元線的驅動部 C 1 :寫入資料線的驅動部 C 2 :讀出線的驅動部 ---.-------裝}-----訂------線 h >- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -30- 6 109 6 Δ7 Α7 Β7 五、發明説明（） 28 C 3 :讀出線的感測部 D1〜D4 :配線層 D 〇 〇〜D 3 3 :讀出位元線或讀出字元線 T 1 :寫入元件（寫入用電晶體） T2 :讀出元件（讀出用電晶體）
In —I ― - . 1 ?·1 —^1· n HI \ I - - n n n nn、一-eJn nn 11 nn (^ϋ i- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -31 ·

Claims (1)

  1. A8
    461096 f、申請專利範圍 第89 109034號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國90年7月修正 1 . 一種半導體記憶裝置，其特徵具有： 第1絕緣閘極型電場效應電晶體；該第1絕緣閘極型 電場效應電晶體是由縱型電晶體（具有配置於基板面上垂 直方向的通道）所構成；及 第2絕緣閘極型電場效應電晶體；該第2絕緣閘極型 電場效應電晶體是形成於基板面的通道領域對基板面而言 配置於與上述第1絕緣閘極型電場效應電晶體重疊的位置 > 且，上述第1絕緣閘極型電場效應電晶體與上述第2 絕緣閘極型電場效應電晶體是具有彼此相異的導電型。 2 .如申請專利範圍第1項之半導體記憶裝置，其中 上述第1絕緣閘極型電場效應電晶體是由：形成源極的電 極，及形成汲極的電極，及設置於兩電極間的半導體通道 部所構成，上述兩電極之至少形成儲存節點的電極是由金 屬材料所形成之金屬電極。 3 .如申請專利範圍第2項之半導體記憶裝置，其中 在上述金屬電極與上述半導體通道部之間配置有接觸於上 述金屬電極的絕緣膜。 4 .如申請專利範圍第3項之半導體記憶裝置，其中 上述金屬電極是由含高濃度雜質金屬化的多結晶矽所構成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 0 丨 u y b A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 夂、申請專利範圍 〇 5 ·如申請專利範圍第2 , 3或4項之半導體記憶裝 置，其中上述金屬電極是由功函數相異之至少兩種材料的 層疊膜所構成，由該層疊膜所構成的金屬電極是兼具上述 第2絕緣閘極型電場效應電晶體，該閘極電極的功函數與 由上述第2絕緣閘極型電場效應電晶體的源極，汲極所構 成之電極的功函數不同。 6 .如申請專利範圍第1，2，3或4項之半導體記 憶裝置，其中上述第1絕緣閘極型電場效應電晶體爲資訊 寫入元件，上述第2 .絕緣閘極型電場效應電晶體爲讀出元 件。 7 ·如申請專利範圍第6項之半導體記憶裝置，其中 是以能夠在上述寫入元件的閘極電極，汲極電極或源極電 極，上述讀出元件的源極電極，及汲極電極的4端子中獨 立賦予電位之方式來進行配線。 8 .如申請專利範圍第7項之半導體記憶裝置，其中 在資訊讀出時，並非改變讀出元件的源極，汲極電位，而 是藉由讀出元件的源極，汲極電位的變化來進行讀出操作 〇 9 . 一種半導體記憶裝置的動作方法，是屬於一種具 有： 第1絕緣閘極型電場效應電晶體；該第1絕緣閘極型 電場效應電晶體是由縱型電晶體（具有配置於基板面上垂 直方向的通道）所構成；及 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂----- 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -2- ο i υ 9 6 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α8 Β8 C8 D8六、申請專利範圍 第2絕緣閘極型電場效應電晶體；該第2絕緣閘極型 電場效應電晶體是形成於基板面的通道領域對基板面而言 配置於與上述第1絕緣閘極型電場效應電晶體重疊的位置 y 且，上述第1絕緣閘極型電場效應電晶體與上述第2 絕緣閘極型電場效應電晶體是具有彼此相異的導電型之半 導體記憶裝置的動作方法；其特徵爲：’ 以上述第1絕緣閘極型電場效應電晶體作爲資訊的寫 入元件，以上述第2絕緣閘極型電場效應電晶體作爲資訊 的讀出元件，而於資訊讀出時，當上述寫入元件的閘極電 位爲V w ( W )，保持時的閘極電位爲V w ( S )，讀出 時的閘極電位爲V w ( R )爲V w ( R )時，寫入時與讀 出時的電位差IVw(W) - Vw(R) I要比寫入時與 保持時的電位差I V w ( W ) - V w ( S ) I來得大。 1 0 . —種積體半導體記憶裝置，其特徵具有： 第1絕緣閘極型電場效應電晶體；該第1絕緣閘極型 電場效應電晶體是由縱型電晶體（具有配置於基板面上垂 直方向的通道）所構成；及 第2絕緣聞極型電場效應電晶體；該第2絕緣閘極型 電場效應電晶體是形成於基板面的通道領域對基板面而言 配置於與上述第1絕緣閘極型電場效應電晶體重疊的位置 > 且，上述第1絕緣閘極型電場效應電晶體與上述第2 絕緣閘極型電場效應電晶體是具有彼此相異的導電型； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ;裝--------訂---- ϋ urn ϋ n V 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -3- 4 61 09 6 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 BB C8 D8六、申請專利範圍 使用複數個以上述第1絕緣閘極型電場效應電晶體作 爲資訊的寫入元件，以上述第2絕緣閘極型電場效應電晶 體作爲資訊的讀出元件之半導體記憶裝置，而配置成陣列 狀； 以連接於上述讀出元件的源極，汲極電極的配線層能 夠呈垂直之方式而平面配置。 1 1 . 一種半導體記憶裝置，是屬於一種具有： 第1絕緣閘極型電場效應電晶體；該第1絕緣閘極型 電場效應電晶體具有配置於基板面上垂直方向的通道，且 由：從該通道的兩側或外周包圍通道之閘極型的縱型電晶 體所構成；及 第2絕緣閘極型電場效應電晶體；該第2絕緣閘極型 電場效應電晶體是形成於基板面的通道領域對基板面而言 配置於與上述第1絕緣閘極型電場效應電晶體重疊的位置 > 且，上述第1絕緣閘極型電場效應電晶體與上述第2 絕緣閘極型電場效應電晶體是具有彼此相異的導電型。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之半導體記憶裝置， 其中上述第1絕緣閘極型電場效應電晶體爲資訊寫入元件 ，上述第2絕緣閘極型電場效應電晶體爲讀出元件。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之半導體記憶裝置， 其中是以能夠在上述寫入元件的閘極電極，汲極電極或源 極電極，.上述讀出元件的源極電極，及汲極電極的4端子 中獨立賦予電位之方式來進行配線。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) n n Γ> n n n n n =口 竣 本紙張尺度適用中國卧家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4- 461096 A8 B8 C8 D8 t、申請專利範圍 1 4 .如申請專利範圍第1 3項之半導體記憶裝置， 其中上述讀出元件爲P型時，在不改變寫入元件的閘極電 位下，將讀出元件的汲極電位與上述寫入元件的閘極電壓 作比較，而賦予正的電位，藉此來進行讀出操作； 上述讀出元件爲N型時，在不改變寫入元件的閘極電 位下，將讀出元件的汲極電位與上述寫入元件的閘極電壓 作比較，而賦予負的電位，藉此來進行讀出操作。 15.—種積體半導體記憶裝置，其特徵具有： 第1絕緣閘極型電場效應電晶體；該第1絕緣閘極型 電場效應電晶體是由縱型電晶體（具有配置於基板面上垂 直方向的通道）所構成；及 第2絕緣閘極型電場效應電晶體；該第2絕緣閘極型 電場效應電晶體是形成於基板面的通道領域對基板面而言 配置於與上述第1絕緣閘極型電場效應電晶體重疊的位置 j 且，上述第1絕緣閘極型電場效應電晶體與上述第2 絕緣閘極型電場效應電晶體是具有彼此相異的導電型； 使用複數個以上述第1絕緣閘極型電場效應電晶體作 爲資訊的寫入元件，以上述第2絕緣閘極型電場效應電晶 體作爲資訊的讀出元件之半導體記憶裝置，而配置成陣列 狀； 又，在上述寫入元件的閘極中配'置有裝置電源切斷時 供以固定閘極電位的元件，以連接於上述讀出元件的源極 ，汲極電極的配線層能夠呈垂直之方式而平面配置。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------綠 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5-
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