WO2012033106A1 - メモリーセルブロック及びその製造方法、メモリー装置並びにメモリー装置の駆動方法 - Google Patents

メモリーセルブロック及びその製造方法、メモリー装置並びにメモリー装置の駆動方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2012033106A1
WO2012033106A1 PCT/JP2011/070297 JP2011070297W WO2012033106A1 WO 2012033106 A1 WO2012033106 A1 WO 2012033106A1 JP 2011070297 W JP2011070297 W JP 2011070297W WO 2012033106 A1 WO2012033106 A1 WO 2012033106A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
memory cell
channel region
cell block
gate electrode
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/070297
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
下田 達也
永輔 ▲徳▼光
毅明 宮迫
グウエン クオツ チン ブイ
Original Assignee
独立行政法人科学技術振興機構
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 独立行政法人科学技術振興機構 filed Critical 独立行政法人科学技術振興機構
Priority to JP2012532988A priority Critical patent/JPWO2012033106A1/ja
Publication of WO2012033106A1 publication Critical patent/WO2012033106A1/ja

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/22Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using ferroelectric elements
    • G11C11/223Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using ferroelectric elements using MOS with ferroelectric gate insulating film
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/78391Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate the gate comprising a layer which is used for its ferroelectric properties
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B51/00Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory transistors
    • H10B51/10Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory transistors characterised by the top-view layout
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B51/00Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory transistors
    • H10B51/30Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory transistors characterised by the memory core region

Definitions

  • the present invention relates to a memory cell block, a manufacturing method thereof, a memory device, and a driving method of the memory device.
  • FIG. 41 is a view for explaining a conventional solid-state electronic device 900.
  • FIG. FIG. 42 is a diagram shown for explaining the switching operation in the conventional solid-state electronic device 900.
  • Fig.42 (a) is a figure which shows an ON state
  • FIG.42 (b) is a figure which shows an OFF state.
  • the conventional solid-state electronic device 900 controls the source electrode 950, the drain electrode 960, the channel layer 940 located between the source electrode 950 and the drain electrode 960, and the conduction state of the channel layer 940. And a gate insulating layer 930 formed between the gate electrode 920 and the channel layer 940 and made of a ferroelectric material.
  • reference numeral 910 denotes an insulating substrate.
  • the gate electrode 920 when a positive potential is applied to the gate electrode 920, a channel 940a is formed in the channel layer 940 as shown in FIG. 42 (a), and current flows from the drain electrode 960 to the source electrode 950. Will be in a state of flowing.
  • the channel layer 940 when a zero or negative potential is applied to the gate electrode 920, the channel layer 940 is depleted to form a depletion layer 940b as shown in FIG. 42B, and the drain electrode 960 and the source electrode are formed. Between 950, no current flows.
  • a ferroelectric material for example, BLT ((Bi 4-x , La x ) Ti 3 O 12 ) or PZT (Pb (Zr x 1 , Ti 1-x ) O 3 ).
  • an oxide conductive material for example, indium tin oxide (ITO) is used as a material constituting the channel layer 940.
  • the ferroelectric material is used as the material constituting the gate insulating layer 930, switching can be performed at a high speed with a low driving voltage, and as a result, a large current can be reduced. It becomes possible to control at high speed with the driving voltage.
  • the gate insulating layer 930 can have hysteresis characteristics. For this reason, the hysteresis characteristic of the gate insulating layer 930 can be used to write information to the gate insulating layer 930 and read information from the gate insulating layer 930, so that the conventional solid-state electronic device 900 can be used as a memory device. Can be used as
  • FIG. 43 is a diagram shown for explaining the hysteresis characteristics of the gate insulating layer 930.
  • FIG. 44 is a diagram illustrating a state where information is written to the gate insulating layer 930.
  • FIG. 44A shows a state in which “1” information is written in the gate insulating layer 930
  • FIG. 44B shows a state in which “0” information is written in the gate insulating layer 930.
  • FIG. 45 is a diagram illustrating a state in which information is read from the gate insulating layer 930.
  • FIG. 45A shows a case where the gate insulating layer 930 holds information “1”
  • FIG. 45B shows a case where the gate insulating layer 930 holds information “0”.
  • reference symbol Vc indicates the coercive voltage of the gate insulating layer 930.
  • the gate insulating layer 930 has a hysteresis characteristic as shown in FIG. 43, so that the source electrode 950 and the drain electrode 960 are dropped to the ground potential as shown in FIG.
  • Information of “1” or “0” can be written in the gate insulating layer 930 by applying a writing voltage ⁇ Vw to the gate electrode 920. That is, as shown in FIG. 44A, by applying a write voltage (+ Vw) higher than the positive coercive voltage (+ Vc) in the gate insulating layer 930 to the gate electrode 920, “1” is applied to the gate insulating layer 930. Can be written. In addition, as shown in FIG. 44B, by applying a write voltage ( ⁇ Vw) lower than the negative coercive voltage ( ⁇ Vc) in the gate insulating layer 930 to the gate electrode 920, Information of “0” can be written.
  • the gate electrode 920 is lower than the positive coercive voltage (+ Vc) as shown in FIG. 43.
  • Information is received from the gate insulating layer 930 by applying a predetermined voltage between the source electrode 950 and the drain electrode 960 in a state where only a voltage higher than the negative coercive voltage ( ⁇ Vc) is applied. Can be read. That is, when the gate insulating layer 930 holds “1” information, a current flows from the drain electrode 960 to the source electrode 950 as shown in FIG. 45A, and the gate insulating layer 930 is “0”. ”Is held, as shown in FIG. 45 (b), no current flows from the drain electrode 960 to the source electrode 950. Therefore, the gate insulating layer is used as a mark whether or not the current flows. Information can be read from 930.
  • the conventional solid-state electronic device 900 in the conventional solid-state electronic device 900, as can be seen from FIG. 45, a voltage lower than the positive coercive voltage (+ Vc) and higher than the negative coercive voltage ( ⁇ Vc) is applied to the gate electrode 920. Since the information written in the gate insulating layer 930 is retained, the conventional solid-state electronic device 900 can be used as a memory device. Therefore, it can be considered that the conventional solid-state electronic element 900 is used in a memory cell of a NAND memory device suitable for increasing the capacity.
  • FIGS. 46 and 47 are diagrams showing problems when the conventional solid-state electronic element 900 is used in a memory cell of a NAND memory device.
  • FIG. 46 is a figure shown in order to demonstrate the problem at the time of trying to write new information in the solid-state electronic element 900.
  • FIG. 47 is a diagram for explaining a problem when trying to read information written in the solid-state electronic element 900.
  • symbol SW denotes a block selection transistor. Show.
  • the conventional solid-state electronic device 900 When the conventional solid-state electronic device 900 is used as a memory cell of a NAND memory device, for example, when new information is written in the selected cell M6, the potentials of the bit line BL and the plate line PL are set as shown in FIG. After dropping the potential at the source and drain ends of the selected cell M6 to the ground potential by dropping to the ground potential, a write potential of “+ Vw” or “ ⁇ Vw” is applied to the gate electrode of the selected cell M6 to the selected cell M6. Write information.
  • a write potential of “+ Vw” or “ ⁇ Vw” is applied to the gate electrode of the selected cell M6 to the selected cell M6.
  • Write information if at least one of the non-selected cells M0 to M5 and M7 is off, the potential at the source end and the drain end of the selected cell M6 cannot be lowered to the ground potential.
  • a problem is referred to as a “write disturb problem”.
  • the conventional solid-state electronic device 900 when used as a memory cell of a NAND type memory device, for example, when information stored in a selected memory cell (hereinafter referred to as a selected cell) M6 is to be read. 47, a predetermined voltage is applied between the bit line BL and the plate line PL with all the unselected memory cells (hereinafter referred to as non-selected cells) M0 to M5 and M7 turned on. It is determined whether the information written in the selected cell M6 is “1” or “0” depending on whether or not a current flows at that time.
  • a selected cell hereinafter referred to as a selected cell
  • a predetermined voltage is applied between the bit line BL and the plate line PL with all the unselected memory cells (hereinafter referred to as non-selected cells) M0 to M5 and M7 turned on. It is determined whether the information written in the selected cell M6 is “1” or “0” depending on whether or not a current flows at that time.
  • Such a problem is not a problem that can occur only in a memory device using the conventional solid-state electronic element 900, but a problem that can occur in all memory devices that use a solid-state electronic element that uses a ferroelectric material for the gate insulating layer. It is.
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and does not cause a “write disturb problem” and a “read disturb problem” when used in a memory cell of a NAND memory device. It is an object of the present invention to provide a memory cell block and a manufacturing method thereof. It is another object of the present invention to provide a memory device using such a memory cell block and a driving method of the memory device.
  • a memory cell block includes a first channel region having a first source end and a first drain end, a first gate electrode for controlling a conduction state of the first channel region, and the first gate electrode. And a first channel for information storage having a first gate insulating layer made of a ferroelectric layer formed between the first channel region and a second channel having a second source end and a second drain end Information read / write having a region, a second gate electrode for controlling a conduction state of the second channel region, and a second gate insulating layer formed between the second gate electrode and the second channel region A first transistor having a first source terminal connected to the second source terminal, the first transistor terminal being connected to the second transistor terminal; A plurality of memory cells composed of solid-state electronic elements connected in parallel, with the first and second gate electrodes connected to different gate lines, respectively.
  • a memory device that does not cause a “write disturb problem” and a “read disturb problem” can be configured by using the memory cell block as a memory cell of a NAND memory device. Is possible.
  • the memory cell block of the present invention when used as a memory cell block of a NAND type memory device, for example, when new information is written in the selected cell M6, FIG. 5, FIG. 7, FIG. 14, FIG. As shown in FIGS. 18 and 20, the on-voltage Von is applied to the second word lines WL 2 0 to WL 2 7 connected to at least the non-selected cells M0 to M5 and M7, and also connected to the selected cell M6.
  • Each of the two source ends can be set to the same ground potential as the potentials of the bit line BL and the plate line PL. Therefore, new information can be written to the selected cell M6 without destroying the information held by the first transistor TR1 in the non-selected cells M0 to M5 and M7.
  • the memory cell block of the present invention is a memory cell block that does not cause the “write disturb problem”. In this case, when writing new information to the selected cell M6, it may be applied either to the second word line WL 2 6 The ON voltage Von or off-voltage Voff which is connected to the selected cell M6.
  • the memory cell block of the present invention is used as a memory cell block of a NAND type memory device, for example, when trying to read information held in the selected cell M6, FIG. 6, FIG. 8, and FIG. 15, FIG. 17, FIG. 19 and FIG. 21, the on-voltage Von is applied to the second word lines WL 2 0 to WL 2 5 and WL 2 7 connected to the non-selected cells M0 to M5 and M7. applies the oFF voltage Voff to the second word line WL 2 6 connected to the selected cell M6.
  • the second transistors TR2 in the non-selected cells M0 to M5 and M7 are all turned on, and the second transistor TR2 in the selected cell M6 is turned off, so that the information held in the selected cell M6 can be read out.
  • the memory cell block of the present invention is a memory cell block that does not cause the “read disturb problem”.
  • the first channel region and the second channel region are made of a conductor layer or a semiconductor layer formed in the same process, and two adjacent memory cells among a plurality of memory cells. Are connected by a connection layer made of a conductor layer or a semiconductor layer that is continuous with the first channel region and the second channel region in the two memory cells and formed in the same process as these channel regions.
  • the one channel region, the second channel region, and the connection layer can be formed in one step, that is, in a short step.
  • the contact resistance between the first channel region and the second channel region and the connection layer can be reduced.
  • the first channel region, the second channel region, and the connection layer are made of an oxide conductor material.
  • a gate insulating layer that constitutes the gate electrode layer constituting the first gate electrode and the second gate electrode, and the first gate insulating layer and the second gate insulating layer.
  • the layer and the conductor layer or the semiconductor layer are all preferably formed using a liquid material.
  • a memory cell block By adopting such a configuration, it becomes possible to manufacture a memory cell block using an embossing technique, so that the above-described excellent memory cell block is produced with significantly less raw materials and manufacturing than before. It becomes possible to manufacture using energy.
  • a MOD (Metal-Organic-Decomposition) material, a sol-gel solution, a nanoparticle-dispersed liquid material, or the like can be used.
  • the gate electrode layer, the gate insulating layer, and the conductor layer or the semiconductor layer are all formed without using a vacuum process cell. .
  • gate insulation constituting the gate electrode layer constituting the first gate electrode and the second gate electrode, and the first gate insulation layer and the second gate insulation layer.
  • the layer and the conductor layer or semiconductor layer are preferably all made of an oxide material.
  • the gate electrode layer, the gate insulating layer, the conductor layer, or the semiconductor layer can be formed using a liquid material.
  • a highly reliable solid-state electronic element can be obtained.
  • the gate electrode layer, the gate insulating layer, and the conductor layer or the semiconductor layer all have a perovskite structure.
  • the gate electrode layer, the gate insulating layer, the conductor layer, or the semiconductor layer have the same crystal structure, and it is possible to manufacture a high-quality solid-state electronic device with few lattice defects. Become.
  • the second gate insulating layer is made of a ferroelectric layer that is the same layer as the first gate insulating layer, and the first transistor and the second transistor are solid substrates.
  • a gate electrode layer constituting the first gate electrode and the second gate electrode; a gate insulation layer constituting the first gate insulation layer and the second gate insulation layer; The first channel region, the second channel region, and the conductor layer or the semiconductor layer constituting the connection layer may be formed in this order.
  • a plane-separated memory cell block (bottom gate type) can be formed on a solid substrate (see Embodiment 5 described later).
  • the second gate insulating layer is made of a ferroelectric layer that is the same layer as the first gate insulating layer, and the first transistor and the second transistor are solid substrates.
  • the first channel region, the second channel region, and the conductor layer or the semiconductor layer constituting the connection layer, the first gate insulating layer, and the second gate insulating layer are formed on one surface of A gate insulating layer and a gate electrode layer constituting the first gate electrode and the second gate electrode may be formed in this order.
  • a plane-separated memory cell block (top gate type) can be formed on a solid substrate (see Embodiment 6 described later).
  • the first transistor and the second transistor are arranged in parallel in the channel width direction.
  • the first transistor and the second transistor can be arranged in a space efficient manner.
  • the first transistor and the second transistor have a first gate electrode layer constituting the first gate electrode on one surface of the solid substrate, and the first transistor.
  • the electrode layer can have a structure formed in this order.
  • the first transistor including the first gate electrode, the first gate insulating layer, and the first channel region, the second channel region, the second gate insulating layer, and the first gate are formed on the solid substrate.
  • a stacked-separated memory cell block in which a second transistor including two gate electrodes is stacked in this order can be configured (see Embodiments 1, 3, and 4 to be described later).
  • the first transistor and the second transistor have a second gate electrode layer constituting the second gate electrode on one surface of the solid substrate, and the second transistor.
  • the electrode layer can have a structure formed in this order.
  • the second transistor including the second gate electrode, the second gate insulating layer, and the second channel region, the first channel region, the first gate insulating layer, and the first electrode on the solid substrate.
  • a stacked-separated solid-state electronic element in which a first transistor including one gate electrode is stacked in this order can be configured (see Embodiment 2 described later).
  • the second gate insulating layer is preferably made of a paraelectric layer.
  • the second gate insulating layer is preferably made of a ferroelectric layer.
  • the conductive layer or the semiconductor layer includes a first layer in the vicinity of the interface with the first gate electrode. One channel region is located, and the second channel region is located in the vicinity of the interface with the second gate electrode.
  • the thickness of the conductor layer or the semiconductor layer in the first channel region and the second channel region is set such that the conductor layer or the entire semiconductor layer constituting the first channel and the second channel is in a non-conductive state.
  • the second gate insulating layer is made of a ferroelectric layer that is the same layer as the first gate insulating layer, and the first channel region and the second channel region are Located between a predetermined source region and a predetermined drain region formed on the surface of the semiconductor substrate, the first gate insulating layer is formed to cover the first channel region, and the second gate insulating layer is The first gate electrode is formed so as to face the first channel region with the first gate insulating layer interposed therebetween, and the second gate electrode is formed so as to cover the second channel region.
  • the second channel region is formed so as to face the second channel region with the second gate insulating layer interposed therebetween.
  • a plane-separated solid-state electronic element (MFS (Metal-Ferroelectric-Semiconductor) type) can be formed on the surface of the semiconductor substrate (see Embodiment 7 described later).
  • MFS Metal-Ferroelectric-Semiconductor
  • a paraelectric buffer layer is preferably formed.
  • MFIS Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor
  • MFIS Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor
  • the paraelectric buffer layer, the first gate insulating layer, and the second gate insulating layer A floating electrode is preferably formed between the electrodes.
  • MFMIS Metal-Ferroelectric-Metal-Insulator-Semiconductor
  • MFMIS Metal-Ferroelectric-Metal-Insulator-Semiconductor
  • the charge mismatch between the gate insulating layer having a large amount of remanent polarization and the semiconductor substrate having a small amount of remanent polarization can be achieved by arbitrarily adjusting the area of the capacitor by the gate insulating layer and the capacitor by the paraelectric buffer layer. Can be relaxed.
  • a plurality of memory cells are connected in series between a bit line, a plate line, a first word line, a second word line, and the bit line and the plate line.
  • a memory cell array including a plurality of memory cell blocks, the memory cell having the first gate electrode connected to a first word line, and the second gate electrode being a second word;
  • a memory device connected in parallel with being connected to a line, wherein the memory cell block includes the memory cell block of the present invention.
  • the memory device of the present invention uses the solid-state electronic device of the present invention for the memory cell of the NAND type memory device, and has a large capacity and can generate a “write disturb problem” and a “read disturb problem”. There will be no memory device.
  • the second transistor may be a depletion type transistor (see Embodiments 1 to 3, 5 to 9 to be described later), or may be an enhancement type transistor. (Refer to Embodiment 4 described later.) Regardless of the type of transistor, the memory device can correctly read and write information from and to the selected cell.
  • the first transistor may also be a depletion type transistor or an enhancement type transistor. Regardless of the type of transistor, the memory device can correctly read and write information from and to the selected cell.
  • the memory cell block is connected to the bit line or the plate line via at least one block selection transistor.
  • a desired memory cell block can be selected by a block selection signal given to the block selection transistor.
  • the memory cell block includes the memory cell block of the present invention (the memory cell block according to any one of [7] to [9] above),
  • a resistance reducing conductor layer is formed in an upper layer or a lower layer of the connection layer located at a position intersecting with the first word line or the second word line as viewed in a plan view.
  • the memory device of the present invention includes the memory cell block of the present invention (the memory cell block according to any one of [7] to [9] above) as the memory cell block, and the connection layer is configured.
  • the conductor layer or semiconductor layer to be formed is preferably thicker than the conductor layer or semiconductor layer constituting the first channel region or the second channel region.
  • connection layer located at a position intersecting the first word line or the second word line.
  • the resistance of the conductor layer or the semiconductor layer constituting the connection layer can be reduced.
  • the conductive layer or the semiconductor layer constituting the connection layer can be made thicker than the conductive layer or the semiconductor layer constituting the first channel region or the second channel region by using an embossing molding technique or the like. it can.
  • the memory device of the present invention includes the memory cell block of the present invention (the memory cell block according to any one of [10] to [13] above) as the memory cell block, and the connection layer is configured.
  • the conductor layer or semiconductor layer to be formed is preferably thicker than the conductor layer or semiconductor layer constituting the first channel region and the second channel region.
  • the conductive layer or the semiconductor layer constituting the connection layer can be made thicker than the conductive layer or the semiconductor layer constituting the first channel region and the second channel region by using an embossing molding technique or the like. it can.
  • a memory device of the present invention is the memory device of the present invention, wherein the memory cell block of the present invention (the memory cell block according to any one of [10] to [13] above) is used as the memory cell block.
  • a predetermined memory cell hereinafter referred to as a selected cell. Among memory cells belonging to the same memory cell block as the selected cell, memory cells other than the selected cell are referred to as non-selected cells) using the memory device provided.
  • a driving method of a memory device for writing information wherein an on voltage Von is applied to at least a second word line connected to a non-selected cell to turn on the second transistor in the non-selected cell and select A ground potential is applied to the second word line connected to the cell, and a first gate is connected to the first word line connected to the selected cell.
  • a method of manufacturing a memory cell block according to the present invention includes a first channel region having a first source end and a first drain end, a first gate electrode for controlling a conduction state of the first channel region, A first transistor for information storage having a first gate insulating layer made of a ferroelectric layer formed between one gate electrode and the first channel region, and a second source end and a second drain end Information having a second channel region, a second gate electrode for controlling a conduction state of the second channel region, and a second gate insulating layer formed between the second gate electrode and the second channel region.
  • a second transistor for reading / writing wherein the first transistor and the second transistor have the first source terminal connected to the second source terminal, and the first drain terminal.
  • a plurality of memory cells comprising solid-state electronic elements connected in parallel with the second drain end connected and the first gate electrode and the second gate electrode connected to different gate lines, respectively.
  • the first channel region, the second channel region, and the connection layer are formed using an oxide conductor material.
  • the gate electrode layers constituting the first gate electrode and the second gate electrode, the first gate insulating layer, and the second gate insulating layer are constituted.
  • the gate insulating layer and the conductor layer or the semiconductor layer are all formed using a liquid material.
  • the gate electrode layer, the gate insulating layer, and the conductor layer or the semiconductor layer are all formed without using a vacuum process.
  • the gate electrode layer constituting the first gate electrode and the second gate electrode, the first gate insulating layer, and the second gate insulating layer are constituted.
  • the gate insulating layer and the conductor layer or the semiconductor layer are preferably formed using an oxide material.
  • the excellent memory cell block of the present invention can be manufactured as described above.
  • FIG. 6 is a chart shown for explaining the structure of each solid-state electronic device 100 to 100h in the first to ninth embodiments.
  • 1 is a circuit diagram of a memory device 200 according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a memory device 200 according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a memory device 200 according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an information writing operation in the memory device 200 according to the first embodiment.
  • FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining an information reading operation in the memory device 200 according to the first embodiment.
  • 6 is a diagram for explaining a drive waveform at the time of writing information in the memory device 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a drive waveform at the time of reading information in the memory device 200 according to the first embodiment. It is a figure shown in order to demonstrate the memory device 200a which concerns on Embodiment 2. FIG. It is a figure shown in order to demonstrate the memory device 200a which concerns on Embodiment 2. FIG. 6 is a circuit diagram of a memory device 200b according to Embodiment 3. FIG. It is a figure shown in order to demonstrate the memory device 200b which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a figure shown in order to demonstrate the memory device 200b which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an information writing operation in a memory device 200b according to a third embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an information reading operation in the memory device 200b according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a drive waveform at the time of writing information in the memory device 200b according to the third embodiment. It is a figure which shows the drive waveform at the time of the information reading in the memory apparatus 200b which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an information writing operation in a memory device 200c according to a fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an information reading operation in the memory device 200c according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a drive waveform at the time of writing information in the memory device 200c according to the fourth embodiment.
  • FIG. 2 It is a figure which shows the drive waveform at the time of the information reading in the memory device 200c which concerns on Embodiment 4.
  • FIG. It is a figure shown in order to demonstrate the method of manufacturing the memory device 200b which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a figure shown in order to demonstrate another method of manufacturing the memory device 200b which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a figure shown in order to demonstrate another method of manufacturing the memory device 200b which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a figure shown in order to demonstrate another method of manufacturing the memory device 200b which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a figure shown in order to demonstrate another method of manufacturing the memory device 200b which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a figure shown in order to demonstrate another method of manufacturing the memory device 200b which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a figure shown in order to demonstrate another method of manufacturing the memory device 200b which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 2 It is a figure shown in order to demonstrate another method of manufacturing the memory device 200b which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a figure shown in order to demonstrate memory device 200d concerning Embodiment 5.
  • FIG. It is a figure shown in order to demonstrate the memory device 200e which concerns on Embodiment 6.
  • FIG. It is a figure shown in order to demonstrate the method of manufacturing the memory device 200d which concerns on Embodiment 5.
  • FIG. It is a figure shown in order to demonstrate another method of manufacturing the memory device 200d which concerns on Embodiment 5.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a memory device 200g according to an eighth embodiment. It is a figure shown in order to demonstrate the memory device 200h which concerns on Embodiment 9. FIG. It is a figure which shows the result of a test example. It is a figure shown in order to demonstrate the conventional solid electronic element 900.
  • FIG. 10 is a diagram for illustrating hysteresis characteristics of a gate insulating layer 930.
  • FIG. 10 shows a state when information is written to a gate insulating layer 930.
  • FIG. 11 shows how information is read from a gate insulating layer 930. It is a figure which shows the problem in the case of using the conventional solid-state electronic element 900 for the memory cell of a NAND type memory device. It is a figure which shows the problem in the case of using the conventional solid-state electronic element 900 for the memory cell of a NAND type memory device.
  • FIG. 1 is a chart for explaining the structure of the solid-state electronic elements 100 to 100h used in the memory devices 200 to 200h according to the first to ninth embodiments.
  • the solid-state electronic device used in the present invention includes a first transistor TR1 for information storage and a second transistor TR2 for information reading / writing, the first source terminal and the second source terminal are connected, and the first drain
  • the first gate electrode and the second gate electrode are connected in parallel with each other connected to another gate line (first word line or second word line). It is a solid electronic device.
  • all the gate insulating layers (first gate insulating layers) of the first transistor TR1 are composed of ferroelectric layers (Embodiments 1 to 9).
  • the gate insulating layer (second gate insulating layer) of the transistor TR2 is composed of a paraelectric layer (Embodiments 1, 2, 4) or a ferroelectric layer (Embodiments 3, 5 to 9), and the channel region is on a solid substrate.
  • the conductive layer or the semiconductor layer (Embodiments 1 to 6) formed on the surface of the semiconductor substrate or those located between the predetermined source region and the predetermined drain region on the surface of the semiconductor substrate (Embodiments 7 to 9).
  • the isolation structure between the first transistor TR1 and the second transistor TR2 is a stacked isolation type (Embodiments 1 to 4) or a planar isolation type (Embodiments 5 to 9).
  • the gate type in the stacked type is the gate type in which the first gate is the lower layer and the second gate is the upper layer (Embodiments 1, 3 and 4), or the first gate is the upper layer and the second gate is the lower layer. Form 2).
  • the gate type in the plane separation type is a bottom gate type (Embodiment 5) or a top gate type (Embodiments 6 to 9).
  • the second transistor TR2 is of a depletion type (Embodiments 1 to 3, 5 to 9) or an enhancement type (Embodiment 4).
  • the depletion type is not only a complete “depletion type” which is turned off when a negative voltage is applied to the gate electrode and turned on when 0 V is applied to the gate electrode.
  • “incomplete depletion type” which is turned off when 0V is applied to the gate electrode, but is not completely turned on when 0V is applied to the gate electrode, and is turned on only when a positive voltage is applied to the gate electrode.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the memory device 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the memory device 200 according to the first embodiment.
  • 3A is a plan view of the memory device 200
  • FIG. 3B is a cross-sectional view along A1-A1 in FIG. 3A
  • FIG. 3C is A2-A2 in FIG. 3A.
  • FIG. 3D is a cross-sectional view taken along the line A3-A3 of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the memory device 200 according to the first embodiment.
  • 4A is an enlarged cross-sectional view of a portion (solid-state electronic device 100 used in Embodiment 1) surrounded by a symbol R in FIG. 3B, and FIG.
  • FIG. 4B is a first gate insulating layer.
  • FIG. 4C is a diagram showing the relationship between the coercive voltage Vc1 of 130 and the write voltage (+ Vw, ⁇ Vw) of the first transistor TR1, and FIG. 4C shows the on voltage Von and the off voltage Voff of the second transistor TR2.
  • FIG. 4C is a diagram showing the relationship between the coercive voltage Vc1 of 130 and the write voltage (+ Vw, ⁇ Vw) of the first transistor TR1, and FIG. 4C shows the on voltage Von and the off voltage Voff of the second transistor TR2.
  • the memory device 200 includes a bit line BL, a plate line PL, first word lines WL 1 0 to WL 1 7, and second word lines WL 2 0 to WL 2. 7, memory cells M0 to M7, and memory cell blocks MB1 to MB3 (memory cell blocks according to the first embodiment) in which a plurality of memory cells M0 to M7 are connected in series between the bit line BL and the plate line PL. And a memory cell array (not shown) in which a plurality of memory cell blocks MB1 to MB3 are arranged.
  • FIG. 2 shows only a part of the memory device 200 according to the first embodiment.
  • each of the memory cells M0 to M7 is formed from a solid-state electronic device 100 including a first transistor TR1 and a second transistor TR2. Become.
  • the first transistor TR1 is an information storage transistor, and has a first source terminal S1 and a first drain terminal D1 as shown in FIGS. 3A to 3C and 4A.
  • the write voltages Vw and ⁇ Vw of the first transistor TR1 are set to values satisfying the relationship “ ⁇ Vw ⁇ Vc1 ⁇ 0 ⁇ Vc1 ⁇ Vw”, as shown in FIG. 4B.
  • Vc1 and -Vc1 are coercive voltages of the first gate insulating layer.
  • the second transistor TR2 is a transistor for reading / writing information, and has a second source terminal S2 and a second drain terminal D2 as shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c) and FIG. 4 (a).
  • the second channel region 144, the second gate electrode 164 for controlling the conduction state of the second channel region 144, and a paraelectric layer formed between the second gate electrode 164 and the second channel region 144 are provided. 2 gate insulating layers 154.
  • the first transistor TR1 and the second transistor TR2 are connected to the first source terminal S1 and the second source terminal S2, and are connected to the first drain terminal. D1 and the second drain end D2 are connected, and the first gate electrode 122 and the second gate electrode 164 are separated from each other by different gate lines (first gate electrode layer (first word line) 120, second gate electrode).
  • the layers (second word lines) 160 are connected in parallel.
  • 1st transistor TR1 and 2nd transistor TR2 are arrange
  • the memory cell block (for example, MB1) according to the first embodiment is connected to the bit line BL via at least one block selection transistor SW.
  • the block selection transistor SW includes a third channel region 146 and a third gate electrode that controls the conduction state of the third channel region 146.
  • 166 and a third transistor having a third gate insulating layer 156 (same layer as the second gate insulating layer 154) made of a paraelectric layer formed between the third gate electrode 166 and the third channel region 146. It consists of TR3.
  • the first channel region 142, the second channel region 144, and the third channel region 146 are composed of the conductor layer 140 formed in the same process, and a plurality of memory cells M0 to M7 belonging to the same memory cell block (for example, MB1). Two adjacent memory cells (for example, M7 and M6) are connected to the first channel region 142 and the second channel region 144 in the two memory cells as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
  • the block selection transistor SW connected to the channel layer 142, 144 by the connection layer made of the conductor layer 140 formed in the same process and belonging to the same memory cell block (for example, MB1) and the block selection
  • the memory cell (memory cell M0) adjacent to the transistor SW is connected to the memory From the conductor layer 140 that is continuous with the first channel region 142 and the second channel region 144 in the transistor M0 and the third channel region 146 in the block selection transistor SW and is formed in the same process as the channel regions 142, 144, and 146. Are connected by a connection layer.
  • the first transistor TR1 and the second transistor TR2 are arranged on the first surface of the solid substrate 110 as shown in FIGS. 3B and 4A.
  • 154 (150) and the second gate electrode layer 160 constituting the second gate electrode 164 are so-called stacked separation type solid state electronic devices having a structure formed in this order.
  • the solid substrate 110 for example, an insulating substrate in which an STO (SrTiO) layer is formed on the surface of a Si substrate via a SiO 2 layer and a Ti layer is used. Further, for example, Pt is used as the first gate electrode layer 120.
  • a ferroelectric material used for the first gate insulating layer 130 for example, PZT (Pb (Zr x , Ti 1-x ) O 3 ) is used.
  • the conductor layer 140 an oxide conductor made of indium tin oxide (ITO), for example, is used.
  • SiO 2 is used as the second gate insulating layer 150.
  • the second gate electrode layer 160 for example, Al is used.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an information writing operation in the memory device 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the information reading operation in the memory device 200 according to the first embodiment.
  • the on-voltage Von is applied to the second word lines WL 2 0 to WL 2 7 connected to the non-selected cells M0 to M7, and also connected to the selected cell M6.
  • higher first write voltage than the coercive voltage Vc1 of the first gate insulating layer on the first word line WL 1 6 (Vw: Vw> Vc1) and the voltage marked with minus sign coercive voltage Vc1 of the first gate insulating layer (- Any one of the second write voltages (“ ⁇ Vw”: “ ⁇ Vw” ⁇ Vc1) lower than Vc1) is applied.
  • the solid-state electronic element 100 (and the memory device 200 according to the first embodiment) used in the first embodiment is a solid-state electronic element (and a memory device) that does not generate the “write disturb problem”.
  • the on-voltage Von is applied to the second word lines WL 2 0 to WL 2 5 and WL 2 7 connected to the non-selected cells M0 to M5 and M7 and selected. applying an off voltage Voff to the second word line WL 2 6 connected to the cell M6.
  • the solid-state electronic device 100 (and the memory device 200 according to the first embodiment) used in the first embodiment is a solid-state electronic device (and a memory device) that does not cause the “read disturb problem”.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a drive waveform at the time of writing information in the memory device 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 7A is a diagram showing a drive waveform for driving the second transistor TR2
  • FIG. 7B is a diagram showing a drive waveform for driving the first transistor TR1.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a drive waveform at the time of reading information in the memory device 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 8A is a diagram showing a drive waveform for driving the second transistor TR2, and
  • FIG. 8B is a diagram showing a drive waveform for driving the first transistor TR1, and FIG. ) Indicates the drain current.
  • a method for reading and writing information will be described focusing on the memory cell M6. Accordingly, in FIG. 7 and FIG. 8, in the period (period 7) in which the memory cell M6 is selected, shading is removed and highlight display is performed.
  • information can be written using the drive waveform shown in FIG. That is, as shown in FIG. 7A, the ON voltage Von (for example, 0 V) is applied to the second word lines WL 2 0 to WL 2 7 connected to all the memory cells M0 to M7 for the entire period. Further, as shown in FIG. 7 (b), in this state, the first word line WL 1 0 ⁇ WL 1 5, WL 1 7 connected to the unselected cells M0 ⁇ M5, M7 is a ground potential (e.g.
  • 0V applies a first write voltage higher than the coercive voltage Vc1 of the first gate insulating layer on the first word line WL 1 6 connected to the selected cell M6 (Vw: Vw> Vc1) and the first gate insulating
  • One of the second write voltages (“ ⁇ Vw”: “ ⁇ Vw” ⁇ Vc1) lower than the negative voltage ( ⁇ Vc1) is applied to the coercive voltage Vc1 of the layer.
  • the second transistor TR2 in at least the non-selected cells M0 to M5 and M7 is non-selected by applying the drive waveform as described above to each of the first word line and the second word line. Since the transistor is always on during the selection period, the second drain end and the second source end of the selected cell M6 are connected to the bit line BL and the plate line PL through the second transistor TR2 without using the first transistor TR1. The ground potential can be the same as this potential. Therefore, new information can be written to the selected cell M6 without destroying the information held by the first transistor TR1 in the non-selected cells M0 to M5 and M7.
  • information can be read using the drive waveform shown in FIG. That is, as shown in FIG. 8A, the on-voltage Von (0 V) is applied to the second word lines WL 2 0 to WL 2 5 and WL 2 7 connected to the non-selected cells M0 to M5 and M7. applies the oFF voltage Voff to the second word line WL 2 6 connected to the selected cell M6. Further, as shown in FIG. 8 (b), the first word line WL 1 0 ⁇ WL 1 7 which is connected to each first memory cell M0 ⁇ M7, applies a 0V.
  • the coercive voltage Vc1 of the first gate insulating layer lower than the coercive voltage Vc1 of the first gate insulating layer
  • a voltage V (“ ⁇ Vc1” ⁇ V ⁇ Vc1) higher than the negative voltage ( ⁇ Vc1) may be applied.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the memory device 200a according to the second embodiment.
  • 9A is a plan view of the memory device 200a
  • FIG. 9B is a cross-sectional view along A1-A1 in FIG. 9A
  • FIG. 9C is A2-A2 in FIG. 9A
  • FIG. 9D is a cross-sectional view taken along line A3-A3 of FIG. 9A.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the memory device 200a according to the second embodiment.
  • FIG. 10A is an enlarged cross-sectional view of a portion (solid-state electronic element 100a used in Embodiment 2) surrounded by the symbol R in FIG. 9B
  • FIG. 10B is a first gate insulating layer.
  • FIG. 10A is an enlarged cross-sectional view of a portion (solid-state electronic element 100a used in Embodiment 2) surrounded by the symbol R in FIG. 9B
  • FIG. 10B is a first gate insulating layer.
  • FIG. 10C is a diagram showing the relationship between the coercive voltage Vc1 of 130 and the write voltage (+ Vw, ⁇ Vw) of the first transistor TR1, and FIG. 10C shows the on voltage Von and the off voltage Voff of the second transistor TR2.
  • FIG. 10C shows the relationship between the coercive voltage Vc1 of 130 and the write voltage (+ Vw, ⁇ Vw) of the first transistor TR1, and FIG. 10C shows the on voltage Von and the off voltage Voff of the second transistor TR2.
  • the memory device 200a according to the second embodiment basically has a stacked and separated configuration like the memory device 200 according to the first embodiment.
  • the first transistor TR1 is formed in an upper layer of the second transistor TR2. This is different from the memory device 200 according to the first embodiment.
  • the first transistor TR1 and the second transistor TR2 are arranged on the solid substrate 110 as shown in FIG. 9B, FIG. 9C, and FIG.
  • the second gate electrode layer 160 constituting the second gate electrode 164, the second gate insulating layer 154 (150), and the conductor layer 140 constituting the second channel region 144 and the first channel region 142 are formed on the surface of the conductive layer 140.
  • the first gate insulating layer 132 (130) and the first gate electrode layer 120 constituting the first gate electrode 122 are formed in this order.
  • the memory device 200a according to the second embodiment is different from the memory device 200 according to the first embodiment in that the first transistor TR1 is formed in the upper layer of the second transistor TR2.
  • the first transistor TR1 and the second transistor TR2 for reading / writing information have a structure in which the first gate electrode and the second gate electrode are connected in parallel with each other connected to different gate lines.
  • the memory device does not cause the “write disturb problem” and the “read disturb problem”.
  • the memory device 200a according to the second embodiment has the same configuration as that of the memory device 200 according to the first embodiment, except that the first transistor TR1 is formed in an upper layer of the second transistor TR2. Therefore, the memory device 200 according to the first embodiment has a corresponding effect among the effects.
  • FIG. 11 is a circuit diagram of the memory device 200b according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the memory device 200b according to the third embodiment.
  • 12A is a plan view of the memory device 200b
  • FIG. 12B is a cross-sectional view along A1-A1 in FIG. 12A
  • FIG. 12C is A2-A2 in FIG. 12A.
  • FIG. 12D is a cross-sectional view taken along the line A3-A3 of FIG.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the memory device 200b according to the third embodiment.
  • FIG. 13A is an enlarged cross-sectional view of a portion (solid-state electronic device 100b used in Embodiment 3) surrounded by a symbol R in FIG.
  • FIG. 13C is a diagram illustrating a relationship between the coercive voltage Vc1 of 130 and the write voltage (+ Vw, ⁇ Vw) of the first transistor TR1, and FIG. 13C illustrates the coercive voltage Vc2 of the second gate insulating layer 150 and the second voltage Vc2. It is a figure which shows ON voltage Von and OFF voltage Voff of transistor TR2.
  • the memory device 200b according to the third embodiment basically has the same configuration as that of the memory device 200 according to the first embodiment.
  • the second gate insulating layer 154 is provided. (150) differs from the memory device 200 according to the first embodiment in that (150) is made of a ferroelectric layer. In this case, the second gate insulating layer 154 (150) is thinner than the first gate insulating layer 132 (130).
  • the memory device 200b according to the third embodiment is different from the memory device 200 according to the first embodiment in that the second gate insulating layer 154 (150) is formed of a ferroelectric layer.
  • the first transistor TR1 and the second transistor TR2 for reading / writing information have a structure in which the first gate electrode and the second gate electrode are connected in parallel with each other connected to different gate lines.
  • the memory device does not cause the “write disturb problem” and the “read disturb problem”.
  • writing information to the first gate insulating layer 132 is writing to the ferroelectric layer sandwiched between the first channel region 142 and the first gate electrode 122, and thus stable writing characteristics are obtained. can get.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining an information writing operation in the memory device 200b according to the third embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining an information reading operation in the memory device 200b according to the third embodiment.
  • the on-voltage Von is applied to the second word lines WL 2 0 to WL 2 7 connected to the non-selected cells M0 to M7, and also connected to the selected cell M6.
  • higher first write voltage than the coercive voltage Vc1 of the first gate insulating layer on the first word line WL 1 6 (Vw: Vw> Vc1) and the voltage marked with minus sign coercive voltage Vc1 of the first gate insulating layer (- Any one of the second write voltages (“ ⁇ Vw”: “ ⁇ Vw” ⁇ Vc1) lower than Vc1) is applied.
  • the solid-state electronic device 100b used in the third embodiment is a solid-state electronic device (and memory device) that does not cause the “write disturb problem”.
  • the on-voltage Von is applied to the second word lines WL 2 0 to WL 2 5 and WL 2 7 connected to the non-selected cells M0 to M5 and M7 and selected. applying an off voltage Voff to the second word line WL 2 6 connected to the cell M6.
  • the solid-state electronic device 100b (and the memory device 200b according to the third embodiment) used in the third embodiment is a solid-state electronic device (and memory device) that does not cause the “read disturb problem”.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating drive waveforms at the time of writing information in the memory device 200b according to the third embodiment.
  • FIG. 16A is a diagram illustrating a driving waveform for driving the second transistor TR2
  • FIG. 16B is a diagram illustrating a driving waveform for driving the first transistor TR1.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining a drive waveform at the time of reading information in the memory device 200b according to the third embodiment.
  • FIG. 17A is a diagram showing a drive waveform for driving the second transistor TR2
  • FIG. 17B is a diagram showing a drive waveform for driving the first transistor TR1, and FIG. ) Indicates the drain current.
  • the ON voltage Von for example, + V W2
  • the second gate insulating layer is formed of a ferroelectric layer
  • the second ranger TR2 is always turned on thereafter (selection period 2 to 8) due to the memory effect.
  • the first word line WL 1 0 ⁇ WL 1 5, WL 1 7 connected to the unselected cells M0 ⁇ M5, M7 is a ground potential (e.g.
  • 0V applies a first write voltage higher than the coercive voltage Vc1 of the first gate insulating layer on the first word line WL 1 6 connected to the selected cell M6 (Vw: Vw> Vc1) and the first gate insulating
  • One of the second write voltages (“ ⁇ Vw”: “ ⁇ Vw” ⁇ Vc1) lower than the negative voltage ( ⁇ Vc1) is applied to the coercive voltage Vc1 of the layer.
  • the second transistor TR2 in at least the non-selected cells M0 to M5 and M7 is non-selected by applying the drive waveform as described above to each of the first word line and the second word line. Since the transistor is always on during the selection period, the second drain end and the second source end of the selected cell M6 are connected to the bit line BL and the plate line PL through the second transistor TR2 without using the first transistor TR1. The ground potential can be the same as this potential. Therefore, new information can be written to the selected cell M6 without destroying the information held by the first transistor TR1 in the non-selected cells M0 to M5 and M7.
  • the memory device 200b information can be read using the drive waveform shown in FIG. That is, when attention is paid to the memory cell M6, first with reference to FIG. 17 (a), the on-voltage Von to the second word line WL 2 6 is provided in the period 1, the second transistor TR2 is turned on during the period 1 . Next, the word line WL 2 6 in the period 2-6 only given voltage 0V, the memory effect of the second transistor TR2, the second transistor TR2 remains on subsequent even in periods 2-6 and become. Then, off-voltage Voff is applied to the word line WL 2 6 in the period 7, the second transistor TR2 is turned off during the period 7.
  • the word line WL 2 6 in the period 8 given on voltage Von, the second transistor TR2 during 8 is turned on again.
  • the other memory cells M0 to M5 and M7 basically the same drive waveform is used.
  • the period 1 is the selection period
  • off-voltage Voff is supplied from the first to the second word line WL 2 0.
  • the second word line WL No on voltage Von is applied to 27. Further, as shown in FIG.
  • the first word line WL 1 connected to the respective first memory cell M0 ⁇ M7 applies a 0V.
  • the first word line WL 1 connected to the respective first memory cell M0 ⁇ M7 given the minus sign coercive voltage Vc1 of the first gate insulating layer lower than the coercive voltage Vc1 of the first gate insulating layer A voltage V higher than the voltage ( ⁇ Vc1) (“ ⁇ Vc1” ⁇ V ⁇ Vc1) may be applied.
  • the drive waveform as described above is applied to each of the first word line and the second word line. Therefore, it is possible to determine whether the information stored in each memory cell is “1” or “0” by measuring the magnitude of the drain current. As a result, information held in each memory cell can be read.
  • the memory device 200b according to the third embodiment has the same configuration as that of the memory device 200 according to the first embodiment except that the second gate insulating layer 154 (150) is made of a ferroelectric layer.
  • the memory device 200 according to the first embodiment has a corresponding effect.
  • the memory device 200c according to the fourth embodiment basically has the same configuration as that of the memory device 200 according to the first embodiment, but according to the first embodiment in that the second transistor TR2 is an enhancement type transistor. This is different from the case of the memory device 200.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining an information writing operation in the memory device 200c according to the fourth embodiment.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining an information reading operation in the memory device 200c according to the fourth embodiment.
  • the on-voltage Von is applied to the second word lines WL 2 0 to WL 2 7 connected to the non-selected cells M0 to M7, and also connected to the selected cell M6.
  • higher first write voltage than the coercive voltage Vc1 of the first gate insulating layer on the first word line WL 1 6 (Vw: Vw> Vc1) and the voltage marked with minus sign coercive voltage Vc1 of the first gate insulating layer (- Any one of the second write voltages (“ ⁇ Vw”: “ ⁇ Vw” ⁇ Vc1) lower than Vc1) is applied.
  • the solid-state electronic device 100c used in the fourth embodiment is a solid-state electronic device (and memory device) that does not cause the “write disturb problem”.
  • the on-voltage Von is applied to the second word lines WL 2 0 to WL 2 5 and WL 2 7 connected to the non-selected cells M0 to M5 and M7 and selected. applying an off voltage Voff to the second word line WL 2 6 connected to the cell M6.
  • the solid-state electronic device 100c used in the fourth embodiment is a solid-state electronic device (and memory device) that does not cause the “read disturb problem”.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating drive waveforms at the time of writing information in the memory device 200c according to the fourth embodiment.
  • FIG. 20A is a diagram illustrating a drive waveform for driving the second transistor TR2
  • FIG. 20B is a diagram illustrating a drive waveform for driving the first transistor TR1.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining a drive waveform at the time of reading information in the memory device 200c according to the fourth embodiment.
  • FIG. 21A is a diagram showing a drive waveform for driving the second transistor TR2
  • FIG. 21B is a diagram showing a drive waveform for driving the first transistor TR1, and FIG. ) Indicates the drain current.
  • information can be written using the drive waveform shown in FIG. That is, as shown in FIG. 20 (a), applies all the entire period to the second word line WL 2 0 ⁇ WL 2 7 connected to the memory cells M0 ⁇ M7 ON voltage Von of the (Von> 0V). Further, as shown in FIG. 20 (b), in this state, the first word line WL 1 0 ⁇ WL 1 5, WL 1 7 connected to the unselected cells M0 ⁇ M5, M7 is a ground potential (e.g.
  • 0V applies a first write voltage higher than the coercive voltage Vc1 of the first gate insulating layer on the first word line WL 1 6 connected to the selected cell M6 (Vw: Vw> Vc1) and the first gate insulating
  • One of the second write voltages (“ ⁇ Vw”: “ ⁇ Vw” ⁇ Vc1) lower than the negative voltage ( ⁇ Vc1) is applied to the coercive voltage Vc1 of the layer.
  • the second transistors TR2 in the non-selected cells M0 to M5 and M7 are non-selected. Since the transistor is always on during the selection period, the second drain end and the second source end of the selected cell M6 are connected to the bit line BL and the plate line PL through the second transistor TR2 without using the first transistor TR1.
  • the ground potential can be the same as this potential. Therefore, new information can be written to the selected cell M6 without destroying the information held by the first transistor TR1 in the non-selected cells M0 to M5 and M7.
  • the memory device 200c information can be read using the drive waveform shown in FIG. That is, as shown in FIG. 21A, the on-voltage Von (Von> 0V) is applied to the second word lines WL 2 0 to WL 2 5 and WL 2 7 connected to the non-selected cells M0 to M5 and M7. as well as, an oFF voltage is applied Voff (for example, 0V) to the second word line WL 2 6 connected to the selected cell M6. Further, as shown in FIG. 21 (b), the first word line WL 1 0 ⁇ WL 1 7 which is connected to each first memory cell M0 ⁇ M7, applies a 0V.
  • the coercive voltage Vc1 of the first gate insulating layer lower than the coercive voltage Vc1 of the first gate insulating layer
  • a voltage V (“ ⁇ Vc1” ⁇ V ⁇ Vc1) higher than the negative voltage ( ⁇ Vc1) may be applied.
  • the drive waveform as described above is applied to each of the first word line and the second word line. Therefore, it is possible to determine whether the information stored in each memory cell is “1” or “0” by measuring the magnitude of the drain current. As a result, information held in each memory cell can be read.
  • the memory device 200c according to the fourth embodiment has the same configuration as that of the memory device 200 according to the first embodiment except that the second transistor TR2 is an enhancement type transistor.
  • the memory device 200 has a corresponding effect among the effects of the memory device 200.
  • the memory devices 200 to 200c (and the solid-state electronic elements 100 to 100c) according to the first to fourth embodiments can be manufactured by using a well-known thin film forming technique and photolithography, and liquid materials (for example, MOD (Metal Organic) (Decomposition) material, sol-gel material, and nanoparticle-dispersed liquid material.
  • liquid materials for example, MOD (Metal Organic) (Decomposition) material, sol-gel material, and nanoparticle-dispersed liquid material.
  • FIG. 22 is a diagram for explaining a method of manufacturing the memory device 200b according to the third embodiment.
  • FIG. 22A to FIG. 22F are process diagrams.
  • FIGS. 22 (a) to 22 (f) correspond to FIG. 12 (b).
  • the first step is a step of forming the first gate electrode layer 120 on the surface of the solid substrate 110 (see FIGS. 22A to 22B).
  • a first gate electrode layer 120 made of platinum (Pt) is formed on the surface of the solid substrate 110 made of “substrate”.
  • the first gate electrode layer 120 made of platinum (Pt) is formed on the surface of the solid substrate 110 by using a sputtering method and photolithography, but a vacuum deposition method (for example, an EB deposition method) is used. ) Or the CVD method and photolithography may be used to form the first gate electrode layer 120 made of platinum (Pt) on the surface of the solid substrate 110, or by a sol-gel solution containing a platinum material and an uneven type.
  • the first gate electrode layer 120 made of platinum (Pt) may be formed on the surface of the solid substrate 110 using an embossing technique.
  • the second step is a step of forming the first gate insulating layer 130 on the surfaces of the solid substrate 110 and the first gate electrode layer 120 (see FIG. 22C).
  • a layer made of PZT is formed on the surface of the solid substrate 110 so as to cover the first gate electrode layer 120 by using the sputtering method, and then the CMP method is used.
  • the layer made of PZT is polished to form the first gate insulating layer 130.
  • the third step is a conductive process including a first channel region 142, a second channel region 144, a third channel region 146, and a connection layer continuous to these channel regions on the surface of the first gate insulating layer 130. This is a step of forming the body layer 140 (see FIG. 22D).
  • the first channel region 142, the second channel region 144, the third channel region 146, and these channel regions are formed on the surface of the first gate insulating layer 130 by using a sputtering method and photolithography.
  • a conductor layer 140 including a connection layer that is continuous is formed.
  • an oxide conductor material made of indium tin oxide (ITO) having a carrier concentration in the range of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 21 cm ⁇ 3 is used. .
  • the fourth step is a conductor layer 140 including the first gate insulating layer 130, the first channel region 142, the second channel region 144, the third channel region 146, and a connection layer continuous to these channel regions.
  • This is a step of forming the second gate insulating layer 150 on the surface (see FIG. 22E).
  • a layer made of PZT is formed on the surface of the first gate insulating layer 130 so as to cover the conductor layer 140 using a sputtering method, and then a CMP method is performed. Then, the PZT layer is polished to form the second gate insulating layer 150.
  • the fifth step is a step of forming the second gate electrode layer 160 on the surface of the second gate insulating layer 150 (see FIG. 22F).
  • a second gate electrode layer 160 made of aluminum (Al) is formed on the surface of the second gate insulating layer 150 by using a sputtering method and photolithography.
  • the second gate electrode layer 160 made of aluminum (Al) is formed on the surface of the second gate insulating layer 150 by using a sputtering method and photolithography, but a vacuum evaporation method (for example, The second gate electrode layer 160 made of aluminum (Al) may be formed on the surface of the second gate insulating layer 150 using an EB vapor deposition method) or a CVD method and photolithography, and contains a platinum material.
  • the second gate electrode layer 160 made of aluminum (Al) may be formed on the surface of the second gate insulating layer 150 using a sol-gel solution and an embossing technique using an uneven mold.
  • the memory device 200b according to the third embodiment can be manufactured.
  • the memory device 200 according to the first embodiment can be manufactured by forming a layer made of SiO 2 as the second gate insulating layer 150 instead of the layer made of PZT.
  • the second gate electrode layer 160, the second gate insulating layer 150, the conductor layer 140, the first gate insulating layer 130, and the first gate electrode layer 120 are formed on the surface of the solid substrate 110 in this order.
  • the memory device 200a according to the second embodiment can be manufactured.
  • a layer made of SiO 2 is formed as the second gate insulating layer 150 instead of the layer made of PZT, and the impurity concentration and the layer thickness of the conductor layer 140 are adjusted, whereby the memory device 200c according to the fourth embodiment. Can be manufactured.
  • the memory device 200b according to Embodiment 3 can also be manufactured by performing the following first to fifth steps in this order.
  • the first gate electrode 120 and the second gate electrode layer 160 are formed of layers made of LNO.
  • 23 to 27 are views for explaining another method of manufacturing the memory device 200b according to the third embodiment. 23 (a) to 23 (f), 24 (a) to 24 (e), 25 (a) to 25 (e), 26 (a) to 26 (e) and 27.
  • FIG. 27A to FIG. 27F are process diagrams.
  • the first step is a step of forming the first gate electrode layer 120 on the surface of the solid substrate 110 (see FIG. 23).
  • a functional liquid material to be nickel oxide lanthanum (LaNiO 3 ) is prepared by heat treatment. Specifically, a solution (solvent: 2-methoxyethanol) containing a metal inorganic salt (lanthanum nitrate (hexahydrate) and nickel acetate (tetrahydrate)) is prepared.
  • a solution solvent: 2-methoxyethanol
  • a metal inorganic salt lanthanum nitrate (hexahydrate) and nickel acetate (tetrahydrate)
  • a solid substrate comprising “an insulating substrate having an STO (SrTiO) layer formed on the surface of a Si substrate via a SiO 2 layer and a Ti layer”.
  • a functional liquid material is applied to one surface at 110 using a spin coating method (for example, 500 rpm for 25 seconds), and then the solid substrate 110 is placed on a hot plate and dried at 60 ° C. for 1 minute.
  • a precursor composition layer 120 ′ (layer thickness: 300 nm) of nickel lanthanum oxide is formed.
  • the precursor composition layer 120 ′ is formed at 150 ° C. using the concavo-convex mold M1 having a step corresponding to the step of the first gate electrode layer 120. Is subjected to a stamping process to form a stamping structure in the precursor composition layer 120 ′.
  • the pressure at the time of embossing is 5 MPa.
  • the precursor composition layer 120 ′ is etched on the entire surface under weak conditions to completely remove the precursor composition layer 120 ′ from a region other than the region corresponding to the first gate electrode layer 120 (entire etching step). ).
  • the whole surface etching process is performed using a wet etching technique (HF: HCl solution) without using a vacuum process.
  • the precursor composition layer 120 ′ is heat-treated at a high temperature (650 ° C., 10 minutes) using an RTA apparatus, thereby oxidizing the precursor composition layer 120 ′ from the precursor composition layer 120 ′ as shown in FIG.
  • a first gate electrode layer 120 made of nickel lanthanum (LaNiO 3 ) is formed.
  • the second step is a step of forming the first gate insulating layer 130 on the surfaces of the solid substrate 110 and the first gate electrode layer 120 (see FIG. 24).
  • a solution for example, PZT sol-gel solution
  • a solution containing a raw material of a ferroelectric material so as to cover the first gate electrode layer 120 on the surface of the solid substrate 110. Is applied to form a film 130 'containing a raw material of the ferroelectric material.
  • the film 130 ′ containing the material of the ferroelectric material is formed on the film 130 ′.
  • the film 130 ′ containing the raw material of the ferroelectric material is flattened.
  • the first gate insulating layer 130 is formed as shown in FIG. 24E by performing a heat treatment on the film 130 ′ including the raw material of the ferroelectric material using an RTA apparatus.
  • the first channel region 142, the second channel region 144, the third channel region 146, and the channel regions 142, 144, 146 are continuous on the surface of the first gate insulating layer 130.
  • a solution containing an oxide conductive material (for example, an ITO sol-gel solution) is applied to the surface of the first gate insulating layer 130 to be oxidized.
  • a film 140 ′ containing a raw material of the material conductive material is formed.
  • the solution containing the raw material for the oxide conductive material contains impurities having a concentration such that the carrier concentration of the conductor layer 140 is in the range of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 21 cm ⁇ 3 when completed. Is added.
  • the embossing is performed on the film 140 ′ containing the raw material of the oxide conductive material. Processing. At this time, the raw material of the oxide conductor material is used so that the first channel region 142, the second channel region 144, and the third channel region 146 have a predetermined layer thickness within a range of 5 nm to 100 nm when completed. An embossing process is performed on the film 140 ′ including the film.
  • the film 140 ′ containing the raw material of the oxide conductor material is etched on the entire surface under weak conditions, so that the film 140 containing the raw material of the oxide conductor material is obtained from a region other than the region corresponding to the conductor layer 140.
  • heat treatment is performed on the film 140 containing the raw material of the oxide conductive material using an RTA apparatus, so that the first channel region 142 and the second channel are formed as shown in FIG.
  • a conductor layer 140 including a channel region 144, a third channel region 146, and a connection layer continuous with the channel regions 142, 144, 146 is formed.
  • the fourth step is a step of forming the second gate insulating layer 150 on the surface of the first gate insulating layer 130 (see FIG. 26).
  • a ferroelectric material is prepared by applying a solution (for example, PZT sol-gel solution) containing a raw material of the ferroelectric material to the surface of the first gate insulating layer 130.
  • a solution for example, PZT sol-gel solution
  • a film 150 ′ containing the raw material is formed.
  • the film 150 ′ containing the ferroelectric material material is flattened.
  • the film 150 ′ containing the raw material of the ferroelectric material is planarized.
  • the second gate insulating layer 150 is formed by performing heat treatment on the film 150 ′ containing the raw material of the ferroelectric material by using an RTA apparatus.
  • the fifth step is a step of forming the second gate electrode layer 160 on the surface of the second gate insulating layer 150 (see FIG. 27).
  • a functional liquid material to be nickel oxide lanthanum (LaNiO 3 ) is prepared by heat treatment. Specifically, a solution (solvent: 2-methoxyethanol) containing a metal inorganic salt (lanthanum nitrate (hexahydrate) and nickel acetate (tetrahydrate)) is prepared.
  • a solution solvent: 2-methoxyethanol
  • a metal inorganic salt lanthanum nitrate (hexahydrate) and nickel acetate (tetrahydrate)
  • a functional liquid material is applied to one surface of the second gate insulating layer 150 using a spin coating method (for example, 500 rpm ⁇ 25). Second), and then, the solid substrate 110 is placed on a hot plate and dried at 60 ° C. for 1 minute to form a nickel lanthanum precursor composition layer 160 ′ (layer thickness: 300 nm).
  • the precursor composition layer 160 ′ is formed at 150 ° C. using a concavo-convex mold M 5 having a level difference corresponding to the level difference of the second gate electrode layer 160.
  • a stamping structure is formed in the precursor composition layer 160 ′ by performing a stamping process.
  • the pressure at the time of embossing is 5 MPa.
  • the precursor composition layer 160 ′ is completely etched under a weak condition to completely remove the precursor composition layer 160 ′ from a region other than the region corresponding to the second gate electrode 160 (entire etching step).
  • the whole surface etching process is performed using a wet etching technique (HF: HCl solution) without using a vacuum process.
  • the precursor composition layer 160 ′ is heat-treated at a high temperature (650 ° C., 10 minutes) using an RTA apparatus, thereby oxidizing the precursor composition layer 160 ′ from the precursor composition layer 160 ′ as shown in FIG.
  • a second gate electrode 160 ′ made of nickel lanthanum is formed.
  • the memory device 200b according to the third embodiment can be manufactured.
  • the memory device 200b according to Embodiment 3 can be manufactured using a liquid material without using a vacuum process.
  • the memory device 200 according to the first embodiment can be manufactured by forming a layer made of BZN instead of the layer made of PZT as the second gate insulating layer 150.
  • the layer made of BZN can be formed using a BZT sol-gel solution.
  • the second gate electrode layer 160, the second gate insulating layer 150, the conductor layer 140, the first gate insulating layer 130, and the first gate electrode layer 120 are formed on the surface of the solid substrate 110 in this order.
  • the memory device 200a according to the second embodiment can be manufactured.
  • the memory device 200c according to the fourth embodiment is made. Can be manufactured.
  • FIG. 28 is a diagram for explaining the memory device 200d according to the fifth embodiment.
  • 28A is a plan view of the memory device 200d
  • FIG. 28B is a cross-sectional view along A1-A1 in FIG. 28A
  • FIG. 28C is A2-A2 in FIG. 28A.
  • 28D is a cross-sectional view taken along line A3-A3 in FIG. 28A
  • FIG. 28E is a cross-sectional view taken along line A4-A4 in FIG. 28A.
  • reference numeral 170 denotes a resistance reducing metal layer.
  • FIG. 29 is a diagram for explaining the memory device 200d according to the fifth embodiment.
  • FIG. 29 is a diagram for explaining the memory device 200d according to the fifth embodiment.
  • FIG. 29A is an enlarged cross-sectional view of a portion (solid-state electronic element 100d used in Embodiment 5) surrounded by a symbol R in FIG. 29D, and FIG. 29B is a first gate insulating layer. It is a figure which shows the relationship between coercive voltage Vc1 of 132 (130), and the write voltage (+ Vw, -Vw) of 1st transistor TR1.
  • the memory device 200d according to the fifth embodiment basically has the same configuration as that of the memory device 200 according to the first embodiment.
  • the solid-state electronic element is the first transistor TR1.
  • the second transistor TR2 is a so-called plane-separated solid-state electronic element separated in a plane, which is different from the memory device 200 according to the first embodiment.
  • the second gate insulating layer 134 is formed of the same ferroelectric layer as the first gate insulating layer 132, and the first transistor TR1 and the second transistor TR2 are solid.
  • gate electrode layers 120a and 120b constituting the first gate electrode 122 and the second gate electrode 124, and gate insulation constituting the first gate insulating layer 132 and the second gate insulating layer 134 are formed.
  • This is a so-called plane-separated solid-state electronic device (bottom gate type) having a structure in which the layer 130 and the conductor layer 140 constituting the first channel region 142 and the second channel region 144 are formed in this order.
  • the memory device 200d according to the fifth embodiment is different from the memory device 200 according to the first embodiment in that the first transistor TR1 and the second transistor TR2 are separated in a plane.
  • the memory according to the first embodiment has a structure in which the gate electrode 122 and the second gate electrode 124 are connected in parallel with each other being connected to different gate lines (first word line 120a and second word line 120b). As in the case of the device 200, the memory device does not cause the “write disturb problem” and the “read disturb problem”.
  • the memory device 200d according to the fifth embodiment is different from the memory device according to the first embodiment except that the solid-state electronic elements (the first transistor TR1 and the second transistor TR2) are plane-separated solid-state electronic elements. Since the configuration is the same as that of the memory device 200, the memory device 200 according to the first embodiment has a corresponding effect.
  • FIG. 30 is a diagram for explaining the memory device 200e according to the sixth embodiment.
  • 30A is a plan view of the memory device 200e
  • FIG. 30B is a cross-sectional view along A1-A1 in FIG. 30A
  • FIG. 30C is A2-A2 in FIG. 30A.
  • 30D is a cross-sectional view taken along the line A3-A3 in FIG. 30A
  • FIG. 30E is a cross-sectional view taken along the line A4-A4 in FIG. 30A.
  • FIG. 31 is a diagram for explaining the memory device 200e according to the sixth embodiment.
  • FIG. 31A is an enlarged cross-sectional view of a portion (solid-state electronic element 100e used in Embodiment 6) surrounded by the symbol R in FIG. 31D, and FIG. 31B is a first gate insulating layer. It is a figure which shows the relationship between coercive voltage Vc1 of 132 (130), and the write voltage (+ Vw, -Vw) of 1st transistor TR1.
  • the memory device 200e according to the sixth embodiment is basically a plane-separated solid-state electronic device, as in the memory device 200d according to the fifth embodiment, but as shown in FIGS. This is different from the memory device 200d according to the fifth embodiment in that the solid-state electronic element is a top gate type.
  • the second gate insulating layer 134 is formed of the same ferroelectric layer as the first gate insulating layer 132, and the first transistor TR1 and the second transistor TR2 are solid.
  • a conductor layer 140 that forms the first channel region 142 and the second channel region 144, and a gate insulating layer 130 that forms the first gate insulating layer 132 and the second gate insulating layer 134.
  • a so-called plane-separated (top gate) solid-state electronic device having a structure in which the gate electrode layers 120a and 120b constituting the first gate electrode 122 and the second gate electrode 124 are formed in this order.
  • the memory device 200e according to the sixth embodiment is different from the memory device 200d according to the fifth embodiment in that the solid-state electronic element 100e has a top gate structure, but the first gate electrode 122 and the second gate are different. Since the electrodes 124 are connected in parallel with being connected to different gate lines 120a and 120b, the “write disturb problem” and the “read disturb” are the same as in the memory device 200d according to the fifth embodiment. It becomes a memory device that does not cause "problems".
  • the memory device 200e according to the sixth embodiment has the same configuration as that of the memory device 200d according to the fifth embodiment except that the solid-state electronic element 100e has a top gate structure. Among the effects of the memory device 200d according to FIG.
  • the memory devices 200d and 200e (and the solid electronic elements 100d and 100e) according to the fifth and sixth embodiments are the same as the memory devices 200, 200a to 200c (and the solid electronic elements 100, 100a to 100c) according to the first to fourth embodiments.
  • a liquid material for example, MOD (Metal Organic Decomposition) material, sol-gel material, nanoparticle dispersed liquid material
  • It can also be manufactured using an embossing technique.
  • Embodiment 5 A method for manufacturing the memory devices 200d and 200e according to the fifth and sixth embodiments will be described using the method for manufacturing the memory device 200d according to the fifth embodiment as an example.
  • FIG. 32 is a view for explaining the method for manufacturing the memory device 200d according to the fifth embodiment.
  • FIG. 32A to FIG. 32E are process diagrams.
  • the first step is a step of forming a gate electrode layer (first gate line 120a, second gate line 120b, first gate electrode 122, and second gate electrode 124) on the surface of the solid substrate 110. (See FIGS. 32 (a) to 32 (b)).
  • a gate electrode layer (first gate line 120a, second gate line 120b, first gate electrode 122, and second gate electrode 124) made of platinum (Pt) is formed on the surface of the solid substrate 110 made of “substrate”.
  • a gate electrode layer made of platinum (Pt) is formed on the surface of the solid substrate 110 by using a sputtering method and photolithography, but a vacuum deposition method (for example, an EB deposition method) or a CVD method is used.
  • a gate electrode layer made of platinum (Pt) may be formed on the surface of the solid substrate 110 by using a method and photolithography, or by using a sol-gel solution containing a platinum material and an embossing technique using an uneven mold.
  • a gate electrode layer made of platinum (Pt) may be formed on the surface of the solid substrate 110.
  • the second step is a step of forming the gate insulating layer 130 on the surfaces of the solid substrate 110 and the gate electrode layers 120a, 120b, 122, and 124 (see FIG. 32C).
  • a gate electrode layer (first gate line 120a, second gate line 120b, first gate electrode 122, and second gate electrode 124 is formed on the surface of the solid substrate 110 by sputtering.
  • a layer made of PZT is formed so as to cover, and then the layer made of PZT is polished by CMP to form the gate insulating layer 130.
  • the third step is a conductor layer including a first channel region 142, a second channel region 144, a third channel region 146, and a connection layer continuous to these channel regions on the surface of the gate insulating layer 130.
  • 140 is a step of forming 140 (see FIG. 32D).
  • the first channel region 142, the second channel region 144, the third channel region 146, and the channel regions are continuously formed on the surface of the gate insulating layer 130 by using a sputtering method and photolithography.
  • a conductor layer 140 including a connection layer is formed.
  • an oxide conductor material made of indium tin oxide (ITO) having a carrier concentration in the range of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 21 cm ⁇ 3 is used. .
  • the fourth step is a step of forming a resistance-reducing metal layer 170 in a predetermined region on the surface of the conductor layer 140 (see FIG. 32E).
  • a resistance-reducing metal layer 170 is formed in a region intersecting the first gate electrode line or the second gate line 120b in the connection layer of the conductor layer 140.
  • the memory device 200d according to the fifth embodiment can be manufactured.
  • the resistance-reducing metal layer 170, the conductor layer 140, the gate insulating layer 130, and the gate electrode layer are formed on the surface of the solid substrate 110.
  • the gate electrode 122 and the second gate electrode 124) are formed in this order, the memory device 200e according to the sixth embodiment can be manufactured.
  • the memory device 200d according to the fifth embodiment can also be manufactured by performing the following first to fourth steps in this order.
  • the gate electrode layer (the first gate line 120a, the second gate line 120b, the first gate electrode 122, and the second gate electrode 124) and the resistance reducing layer are used.
  • the metal layer 170 is formed of a layer made of nickel lanthanum oxide (LaNiO 3 ).
  • another method for manufacturing the memory device 200d according to Embodiment 5 will be described in the order of steps.
  • 33 to 35 are views for explaining another method of manufacturing the memory device 200d according to the fifth embodiment.
  • FIGS. 34 (a) to 34 (e) and FIGS. 35 (a) to 35 (f) are process diagrams.
  • the first step is a step of forming a gate electrode layer (first gate line 120a, second gate line 120b, first gate electrode 122, and second gate electrode 124) on the surface of the solid substrate 110. (See FIG. 33).
  • a functional liquid material to be nickel oxide lanthanum (LaNiO 3 ) is prepared by heat treatment. Specifically, a solution (solvent: 2-methoxyethanol) containing a metal inorganic salt (lanthanum nitrate (hexahydrate) and nickel acetate (tetrahydrate)) is prepared.
  • a solution solvent: 2-methoxyethanol
  • a metal inorganic salt lanthanum nitrate (hexahydrate) and nickel acetate (tetrahydrate)
  • a solid substrate comprising “an insulating substrate having an STO (SrTiO) layer formed on the surface of a Si substrate via a SiO 2 layer and a Ti layer”.
  • a functional liquid material is applied to one surface at 110 using a spin coating method (for example, 500 rpm for 25 seconds), and then the solid substrate 110 is placed on a hot plate and dried at 60 ° C. for 1 minute.
  • a precursor composition layer 120 ′ (layer thickness: 300 nm) of nickel lanthanum oxide is formed.
  • the step of the gate electrode layer (first gate line 120a, second gate line 120b, first gate electrode 122, and second gate electrode 124) is formed.
  • the precursor composition layer 120 ′ is stamped at 150 ° C. to form a stamp structure in the precursor composition layer 120 ′.
  • the pressure at the time of embossing is 5 MPa.
  • the precursor composition layer 120 ′ is etched on the entire surface under weak conditions to correspond to the gate electrode layers (first gate line 120a, second gate line 120b, first gate electrode 122, and second gate electrode 124).
  • the precursor composition layer 120 ′ is completely removed from the region other than the region to be performed (entire etching step).
  • the whole surface etching process is performed using a wet etching technique (HF: HCl solution) without using a vacuum process.
  • the precursor composition layer 120 ′ is heat-treated at a high temperature (650 ° C., 10 minutes) using an RTA apparatus, thereby oxidizing the precursor composition layer 120 ′ from the precursor composition layer 120 ′ as shown in FIG.
  • a gate electrode layer (first gate line 120a, second gate line 120b, first gate electrode 122, and second gate electrode 124) made of nickel lanthanum is formed.
  • the gate insulating layer 130 is formed on the surface of the solid substrate 110 and the gate electrode layer (first gate line 120a, second gate line 120b, first gate electrode 122, and second gate electrode 124). (See FIG. 34).
  • a gate electrode layer (first gate line 120a, second gate line 120b, first gate electrode 122, and second gate electrode 124 is formed on the surface of the solid substrate 110. ) Is applied to form a film 130 ′ containing a ferroelectric material material (eg, a PZT sol-gel solution).
  • a ferroelectric material material eg, a PZT sol-gel solution
  • the film 130 ′ containing the material of the ferroelectric material is formed on the film 130 ′.
  • the film 130 ′ containing the raw material of the ferroelectric material is flattened.
  • the gate insulating layer 130 is formed by performing a heat treatment on the film 130 ′ containing the raw material of the ferroelectric material using an RTA apparatus.
  • the first channel region 142, the second channel region 144, the third channel region 146, and the connection layer continuous to the channel regions 142, 144, 146 are formed on the surface of the gate insulating layer 130. (See FIGS. 35A to 35E).
  • a solution containing a raw material of an oxide conductive material (for example, an ITO sol-gel solution) is applied to the surface of the gate insulating layer 130 to thereby form an oxide conductive layer.
  • a film 140 ′ containing a raw material of the conductive material is formed.
  • the solution containing the raw material for the oxide conductive material contains impurities having a concentration such that the carrier concentration of the conductor layer 140 is in the range of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 21 cm ⁇ 3 when completed. Is added.
  • the embossing is performed on the film 140 ′ containing the raw material of the oxide conductive material. Processing. At this time, the raw material of the oxide conductor material is used so that the first channel region 142, the second channel region 144, and the third channel region 146 have a predetermined layer thickness within a range of 5 nm to 100 nm when completed. An embossing process is performed on the film 140 ′ including the film.
  • the film 140 ′ containing the raw material of the oxide conductor material is etched on the entire surface under weak conditions, so that the film 140 containing the raw material of the oxide conductor material is obtained from a region other than the region corresponding to the conductor layer 140. ′ Is completely removed, and then a heat treatment is performed on the film 140 containing the raw material of the oxide conductive material using an RTA apparatus, so that the first channel region 142 and the first channel are formed as shown in FIG.
  • a conductor layer 140 including a two-channel region 144, a third channel region 146, and a connection layer continuous to the channel regions 142, 144, 146 is formed. Note that the first channel region 142 and the second channel region 144 are separated.
  • the fourth step is a step of forming the resistance-reducing metal layer 170 in a predetermined region on the surface of the conductor layer 140 (see FIG. 35F).
  • a resistance-reducing metal layer 170 is formed in a region intersecting the first gate line 120a or the second gate line 120b in the connection layer of the conductor layer 140.
  • the resistance reducing metal layer 170 is formed by the following method.
  • a functional liquid material to be nickel oxide lanthanum (LaNiO 3 ) is prepared by heat treatment. Specifically, a solution (solvent: 2-methoxyethanol) containing a metal inorganic salt (lanthanum nitrate (hexahydrate) and nickel acetate (tetrahydrate)) is prepared.
  • a solution solvent: 2-methoxyethanol
  • a metal inorganic salt lanthanum nitrate (hexahydrate) and nickel acetate (tetrahydrate)
  • a functional liquid material is applied to the surfaces of the gate insulating layer 130 and the conductor layer 140 using a spin coating method (for example, 500 rpm for 25 seconds), and then the solid substrate 110 is placed on a hot plate at 60 ° C. Is dried for 1 minute to form a lanthanum oxide precursor composition layer 170 ′ (layer thickness: 300 nm).
  • the precursor composition layer 170 ′ is embossed at 150 ° C. to thereby form the precursor composition layer 170.
  • the pressure at the time of embossing is 5 MPa.
  • the precursor composition layer 170 ′ is etched on the entire surface under weak conditions to completely remove the precursor composition layer 170 ′ from a region other than the region corresponding to the resistance reducing metal layer 170 (entire etching step). ).
  • the whole surface etching process is performed using a wet etching technique (HF: HCl solution) without using a vacuum process.
  • the precursor composition layer 170 ′ is heat-treated at a high temperature (650 ° C., 10 minutes) using an RTA apparatus, thereby oxidizing the precursor composition layer 170 ′ from the precursor composition layer 170 ′ as shown in FIG.
  • a resistance-reducing metal layer 170 made of nickel lanthanum is formed.
  • the memory device 200d according to the fifth embodiment can be manufactured.
  • the memory device 200d according to Embodiment 5 can be manufactured using a liquid material without using a vacuum process.
  • the resistance-reducing metal layer 170, the conductor layer 140, the gate insulating layer 130, and the gate electrode layer are formed on the surface of the solid substrate 110.
  • the gate electrode 122 and the second gate electrode 124) are formed in this order, the memory device 200e according to the sixth embodiment can be manufactured.
  • the resistance reduction metal layer 170 may be formed by embedding a material constituting the resistance reduction metal layer 170 in the recess while providing a recess in a predetermined region of the solid substrate 110 using an embossing technique. Good.
  • FIG. 36 is a diagram for explaining the memory device 200f according to the seventh embodiment.
  • 36 (a) is a plan view of the memory device 200f
  • FIG. 36 (b) is a cross-sectional view along A1-A1 in FIG. 36 (a)
  • FIG. 36 (c) is A2-A2 in FIG. 36 (a).
  • FIG. 36 (d) is a cross-sectional view taken along line A3-A3 of FIG. 36 (a).
  • Reference numeral 180 indicates a semiconductor substrate
  • reference numeral 182 indicates a source region
  • reference numeral 184 indicates a source region / drain region
  • reference numeral 186 indicates a drain region.
  • FIG. 37 is a diagram for explaining the memory device 200f according to the seventh embodiment.
  • FIG. 37A is an enlarged cross-sectional view of a portion (solid-state electronic element 100f used in Embodiment 7) surrounded by the symbol R in FIG. 36C, and
  • FIG. 36B is the first gate insulating layer 132. It is a figure which shows the relationship between the coercive voltage Vc1 of (130), and the write voltage (+ Vw, -Vw) of 1st transistor TR1.
  • the memory device 200f according to the seventh embodiment basically has a top gate configuration similar to the memory device 200e according to the sixth embodiment.
  • the first transistor TR1 and the second transistor The transistor TR2 and the third transistor TR3 are different from the case of the memory device 200e according to the sixth embodiment in that the transistor TR2 and the third transistor TR3 are formed of MFS (Metal-Ferroelectric-Semiconductor) type transistors formed on the surface of the semiconductor substrate 180.
  • MFS Metal-Ferroelectric-Semiconductor
  • the first channel region 142 and the second channel region 144 include the predetermined source region 182 formed on the surface of the semiconductor substrate 180, the predetermined source region / drain region 184, and Located between any two regions of the predetermined drain region 186, the first gate insulating layer 132 is formed to cover the first channel region 142, and the second gate insulating layer 134 is formed from the second channel region.
  • the first gate electrode 122 is formed to face the first channel region 142 with the first gate insulating layer 132 interposed therebetween, and the second gate electrode 124 is formed to cover the second gate insulating layer 134.
  • the second channel region 144 is formed so as to face the second channel region 144.
  • the memory device 200f according to the seventh embodiment is different from the first embodiment in that the first transistor TR1, the second transistor TR2, and the third transistor TR3 are formed of MFS type transistors formed on the surface of the semiconductor substrate 180. 6, the first transistor TR1 for information storage and the second transistor TR2 for reading / writing information are different from each other, but the first gate electrode 122 and the second gate electrode 124 are different gate lines. Since it has a structure of being connected in parallel with being connected to 120a and 120b, as in the case of the memory device 200e according to the sixth embodiment, when used for a memory cell of a NAND type memory device, the “write disturb problem” and Memories that do not cause the “read disturb problem” The Lee apparatus.
  • the memory device 200f according to the seventh embodiment an effect that the memory device can be manufactured at a low manufacturing cost by using a general semiconductor process is also obtained.
  • the memory device 200f according to the seventh embodiment is different from the memory device 200f in that the first transistor TR1, the second transistor TR2, and the third transistor TR3 are composed of MFS type transistors formed on the surface of the semiconductor substrate 180. Since the memory device 200e according to the sixth embodiment has the same configuration as the memory device 200e, the memory device 200e according to the sixth embodiment has a corresponding effect.
  • FIG. 38 is a diagram for explaining a memory device 200g (not shown) according to the eighth embodiment.
  • the cross-section of the main part of the solid-state electronic element 100g constituting the memory device 200g according to the eighth embodiment is shown enlarged.
  • the memory device 200g according to the eighth embodiment has basically the same configuration as the memory device 200f according to the seventh embodiment, but as illustrated in FIG. 38, the first transistor TR1, the second transistor TR2, and the third transistor
  • the transistor TR3 is different from the memory device 200f according to the seventh embodiment in that the transistor TR3 is formed of an MFIS (Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor) type transistor formed on the surface of the semiconductor substrate 180.
  • MFIS Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor
  • the paraelectric buffer layer is interposed between the first channel region 142 and the second channel region 144 and the first gate insulating layer 132 and the second gate insulating layer 134. 190 is formed.
  • the memory device 200g according to the eighth embodiment is different from the first embodiment in that the first transistor TR1, the second transistor TR2, and the third transistor TR3 are MFIS transistors formed on the surface of the semiconductor substrate 170. 7 differs from the memory device 200f according to FIG. 7 in that the first transistor TR1 for information storage and the second transistor TR2 for information reading / writing are different from each other in that the first gate electrode 122 and the second gate electrode 124 are different gate lines. Since it has a structure connected in parallel with being connected to 120a, 120b, similarly to the case of the memory device 200f according to the seventh embodiment, when used for a memory cell of a NAND type memory device, the “write disturb problem” and Does not cause "read disturb problem” The Molly apparatus.
  • the semiconductor substrate 180 for example, Si
  • the ferroelectric layer for example, PZT
  • the memory device 200g according to the eighth embodiment is different from the memory device 200g in that the first transistor TR1, the second transistor TR2, and the third transistor TR3 are made of MFIS type solid-state electronic elements formed on the surface of the semiconductor substrate 180. Has the same configuration as that of the memory device 200f according to the seventh embodiment, and thus has a corresponding effect among the effects of the memory device 200f according to the seventh embodiment.
  • FIG. 39 is a diagram for explaining a memory device 200h (not shown) according to the ninth embodiment.
  • FIG. 39 shows an enlarged cross-sectional view of the main part of the solid-state electronic element 100h constituting the memory device 200h according to the ninth embodiment.
  • the memory device 200h according to the ninth embodiment basically has the same configuration as that of the memory device 200g according to the eighth embodiment.
  • the first transistor TR1, the second transistor TR2, and the third transistor The transistor TR3 is different from the memory device 200g according to the eighth embodiment in that the transistor TR3 is formed of an MFMIS (Metal-Ferroelectric-Metal-Insulator-Semiconductor) type solid-state electronic element formed on the surface of the semiconductor substrate 180.
  • MFMIS Metal-Ferroelectric-Metal-Insulator-Semiconductor
  • the floating electrode 192 is formed between the paraelectric buffer layer 190, the first gate insulating layer 132, and the second gate insulating layer 134.
  • the first transistor TR1, the second transistor TR2, and the third transistor TR3 are formed of MFMIS type solid-state electronic elements formed on the surface of the semiconductor substrate 180.
  • the first transistor TR1 for information storage and the second transistor TR2 for information reading / writing are different from each other in the first gate electrode 122 and the second gate electrode 124, respectively. Since it has a structure of being connected in parallel with being connected to the gate lines 120a and 120b, similarly to the case of the memory device 200g according to the eighth embodiment, the “write disturb problem” is used when used for the memory cell of the NAND type memory device. ”And“ read disturb problem ” A memory device.
  • the gate insulating layer 132 having a large residual polarization amount, There is also an effect that the charge mismatch between the semiconductor substrate 180 with a small amount of remanent polarization and the semiconductor substrate 180 with a small amount of remanent polarization can be relaxed.
  • the memory device 200h according to the ninth embodiment is different from the memory device 200h in that the first transistor TR1, the second transistor TR2, and the third transistor TR3 are made of MFMIS type solid-state electronic elements formed on the surface of the semiconductor substrate 180.
  • the first transistor TR1, the second transistor TR2, and the third transistor TR3 are made of MFMIS type solid-state electronic elements formed on the surface of the semiconductor substrate 180.
  • the memory devices 200f to 200h can be manufactured using a general semiconductor process, but the gate insulating layer, the gate electrode layer, the paraelectric material
  • the buffer layer and the floating electrode can also be formed using a liquid material (for example, MOD (Metal Organic Organic Decomposition) material, sol-gel material, nanoparticle-dispersed liquid material).
  • a liquid material for example, MOD (Metal Organic Organic Decomposition) material, sol-gel material, nanoparticle-dispersed liquid material.
  • test example when information is written to a predetermined selected cell using a memory device in which the separation structure of the first transistor TR1 and the second transistor TR2 is a stacked separation type, the “first connected to the selected cell” This is a test example showing that it is preferable to apply a ground potential to the second word line instead of bringing the two word lines into a floating state.
  • Memory Device A test was performed using a solid-state electronic element having the same structure as the solid-state electronic element 100 in the memory device 200 according to the first embodiment.
  • Vw ⁇ 8 V
  • the pulse width of the writing pulse was changed in the range of 5 ⁇ 10 ⁇ 6 seconds to 5 ⁇ 10 ⁇ 1 seconds (5 ⁇ sec to 500 msec).
  • FIG. 40 is a diagram showing the results of test examples. As can be seen from FIG. 40, in the writing method 2, even when the pulse width was shorter than that in the writing method 1, a large S / N ratio was obtained. That is, it has been clarified that the writing method 2 can write information to the selected cell at a higher speed than the writing method 1.
  • the memory cell block, the manufacturing method thereof, the memory device, and the driving method of the memory device according to the present invention have been described based on the above embodiment, but the present invention is not limited to this and does not depart from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
  • the solid electronic element is applied to the NAND memory, but the present invention is not limited to this.
  • the solid electronic element can be applied to a switch circuit or other electronic circuits.
  • an insulating substrate in which an STO (SrTiO) layer is formed on the surface of a Si substrate via a SiO 2 layer and a Ti layer, for example, is used as the solid substrate 110.
  • an insulating substrate made of an SiO 2 substrate or other insulating substrates can be used.
  • Pt is used as the first gate electrode layer 120.
  • a semiconductor substrate such as a quartz glass substrate, an SiO 2 / Si substrate, an alumina (Al 2 O 3 ) substrate, an SRO (SrRuO 3 ) substrate or an STO (SrTiO) substrate, an Si substrate, an SiC substrate, or the like is used. You can also
  • the present invention is not limited to this.
  • the first gate electrode layer 120 or the second gate electrode layer 160 for example, Au, Ag, Al, Ti, ITO, In 2 O 3, Sb—In 2 O 3 , Nb—TiO 2 , ZnO, Al—ZnO, lanthanum nickel oxide (LaNiO 3), Ga-ZnO , IGZO, RuO 2 and IrO 2 and Nb-STO, SrRuO 2, LaNiO 3, BaPbO 3, LSCO, LSMO, be used YBCO other perovskite-type conductive oxide it can.
  • a pyrochlore type conductive oxide and an amorphous conductive oxide can also be used.
  • PZT Pb (Zr x , Ti 1-x ) O 3
  • PZT Pb (Zr x , Ti 1-x ) O 3
  • an oxide conductor made of indium tin oxide (ITO), for example, is used as the conductor layer 140.
  • ITO indium tin oxide
  • the present invention is not limited to this.
  • An oxide conductor material such as (RuO 2 ), iridium oxide (IrO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), tin monoxide SnO, or niobium-doped titanium dioxide (Nb—TiO 2 ) can be used.
  • an amorphous conductive oxide such as indium gallium zinc composite oxide (IGZO), gallium-doped indium oxide (In—Ga—O (IGO)), or indium-doped zinc oxide (In—Zn—O (IZO)) is used. be able to.
  • IGZO indium gallium zinc composite oxide
  • IGO gallium-doped indium oxide
  • IZO indium-doped zinc oxide
  • strontium titanate (SrTiO 3 ), niobium-doped strontium titanate (Nb—SrTiO 3 ), strontium barium composite oxide (SrBaO 3 ), strontium calcium composite oxide (SrCaO 3 ), strontium ruthenate (SrRuO 2 ), Nickel lanthanum oxide (LaNiO 3 ), titanium lanthanum oxide (LaTiO 3 ), copper lanthanum oxide (LaCuO 3 ), nickel neodymium oxide (NdNiO 3 ), nickel yttrium oxide (YNiO 3 ), lanthanum calcium manganese composite oxide (LCMO) , Barium leadate (BaPbO 3 ), LSCO (La x Sr 1-x CuO 3 ), LSMO (La 1-x Sr x MnO 3 ), YBCO (YBa 2 Cu 3 O 7-x ), LNTO ( La (NI 1-x Ti x ) O 3
  • the conductor layer made of an oxide conductor is used as the channel layer.
  • the present invention is not limited to this.
  • a semiconductor layer made of Si, Ge, SiC, SiGe, GaAs, GaP, GaN, ZnS, ZeSe, ZnO, CdS, CuInSe 2 or the like can be used.
  • SiO 2 is used as the second gate insulating layer 150, but the present invention is not limited to this.
  • it is also SiO 2, Al 2 O 3, BZN (Bi 1.5 Zn 1.0 Nb 1.5 O 7) LaAlO 3, be used as HfO 2.
  • the resistance-reducing conductor layer is formed in the upper layer or the lower layer of the connection layer, but the present invention is not limited to this.
  • the conductor layer or the semiconductor layer constituting the connection layer may be formed thicker than the conductor layer or the semiconductor layer constituting the first channel region or the second channel region. Even with this configuration, it is possible to prevent an undesirable switching phenomenon from occurring in a portion of the connection layer located at a position intersecting the first word line or the second word line.
  • the resistance of the conductor layer or the semiconductor layer constituting the connection layer can be reduced.
  • the conductive layer or the semiconductor layer constituting the connection layer can be made thicker than the conductive layer or the semiconductor layer constituting the first channel region or the second channel region by using an embossing molding technique or the like. it can.
  • the conductor layer or semiconductor layer constituting the connection layer has the same thickness as the conductor layer or semiconductor layer constituting the first channel region and the second channel region.
  • the present invention is not limited to this.
  • the conductor layer or the semiconductor layer constituting the connection layer may be formed thicker than the conductor layer or the semiconductor layer constituting the first channel region and the second channel region. With such a configuration, it is possible to reduce the resistance of the conductor layer or the semiconductor layer constituting the connection layer.
  • the conductive layer or the semiconductor layer constituting the connection layer can be made thicker than the conductive layer or the semiconductor layer constituting the first channel region and the second channel region by using an embossing molding technique or the like. it can.
  • Solid electronic device 110: Solid substrate, 120, 120a, 120b, 120c, 160, 160a, 160b, 160c ...
  • Gate electrode layer 122, 162 ... First gate electrode, 124, 164 ... Second gate electrode 126, 166 ... third gate electrode, 130, 150, 930 ... gate insulating layer, 132, 152, ... first gate insulating layer, 134, 154 ... second gate insulating layer, 136, 156 ... third gate insulating layer , 140 ... conductor layer, 142 ... first channel region, 144 ... second channel region, 146 ... third channel region, 170 ... metal layer for resistance reduction, 180 ... semiconductor substrate, 182 ... source region, 184 ...

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

 本発明のメモリーセルブロックは、強誘電体層からなる第1ゲート絶縁層を有する情報記憶用のTR1と、第2ゲート絶縁層を有する情報読み出し/書き込み用のTR2とが並列に接続されている固体電子素子からなる複数のメモリーセルを備え、これら複数のメモリーセルが直列に接続されている。第1チャネル領域及び第2チャネル領域は、同一工程で形成される導電体層又は半導体層からなる。隣接する2つのメモリーセルは、第1チャネル領域及び第2チャネル領域に連続する接続層によって接続されている。 NAND型メモリー装置に用いる場合に「書き込みディスターブ問題」及び「読み出しディスターブ問題」を発生させることがなくなる。また、第1チャネル領域及び第2チャネル領域と接続層とを1回の工程で形成することが可能となる。また、第1チャネル領域及び第2チャネル領域と接続層との間の接触抵抗を低減することが可能となる。

Description

メモリーセルブロック及びその製造方法、メモリー装置並びにメモリー装置の駆動方法
 本発明は、メモリーセルブロック及びその製造方法、メモリー装置並びにメモリー装置の駆動方法に関する。
 従来、ゲート絶縁層に強誘電体材料を用いる固体電子素子が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
 図41は、従来の固体電子素子900を説明するために示す図である。図42は、従来の固体電子素子900におけるスイッチング動作を説明するために示す図である。図42(a)はオン状態を示す図であり、図42(b)はオフ状態を示す図である。
 従来の固体電子素子900は、図41に示すように、ソース電極950及びドレイン電極960と、ソース電極950とドレイン電極960との間に位置するチャネル層940と、チャネル層940の導通状態を制御するゲート電極920と、ゲート電極920とチャネル層940との間に形成され、強誘電体材料からなるゲート絶縁層930とを備える。なお、図41において、符号910は絶縁性基板を示す。
 従来の固体電子素子900において、ゲート電極920に正の電位を与えた場合には、図42(a)に示すようにチャネル層940にチャネル940aが形成され、ドレイン電極960からソース電極950に電流が流れる状態となる。その一方で、ゲート電極920に零又は負の電位を与えた場合には、図42(b)に示すように、チャネル層940が空乏化して空乏層940bが形成され、ドレイン電極960とソース電極950との間に電流が流れない状態となる。
 なお、従来の固体電子素子900においては、ゲート絶縁層930を構成する材料として、強誘電体材料(例えば、BLT((Bi4-x,La)Ti12)又はPZT(Pb(Zr,Ti1-x)O)。)が使用され、チャネル層940を構成する材料として、酸化物導電性材料(例えば、インジウム錫酸化物(ITO)。)が使用されている。
 このため、従来の固体電子素子900によれば、ゲート絶縁層930を構成する材料として強誘電体材料を用いているため低い駆動電圧で高速にスイッチングすることができ、その結果、大きな電流を低い駆動電圧で高速に制御することが可能となる。
 また、従来の固体電子素子900によれば、ゲート絶縁層930を構成する材料として強誘電体材料を用いているため、ゲート絶縁層930にヒステリシス特性を持たせることができる。このため、ゲート絶縁層930のヒステリシス特性を利用して、ゲート絶縁層930に情報を書き込んだりゲート絶縁層930から情報を読み出したりすることができるようになり、従来の固体電子素子900をメモリー素子として使用することができる。
 図43は、ゲート絶縁層930のヒステリシス特性を説明するために示す図である。図44は、ゲート絶縁層930に情報を書き込んでいるときの様子を示す図である。図44(a)はゲート絶縁層930に「1」の情報を書き込んでいる様子を示し、図44(b)はゲート絶縁層930に「0」の情報を書き込んでいる様子を示す。図45は、ゲート絶縁層930から情報を読み出しているときの様子を示す図である。図45(a)はゲート絶縁層930が「1」の情報を保持している場合を示し、図45(b)はゲート絶縁層930が「0」の情報を保持している場合を示す。なお、図43において、符号Vcはゲート絶縁層930の抗電圧を示す。
 従来の固体電子素子900においては、ゲート絶縁層930が、図43に示すようなヒステリシス特性を有するため、図44に示すように、ソース電極950及びドレイン電極960を接地電位に落とした状態で、ゲート電極920に書き込み電圧±Vwを印加することによりゲート絶縁層930に「1」又は「0」の情報を書き込むことができる。すなわち、図44(a)に示すように、ゲート電極920に、ゲート絶縁層930における正の抗電圧(+Vc)よりも高い書き込み電圧(+Vw)を印加することにより、ゲート絶縁層930に「1」の情報を書き込むことができる。また、図44(b)に示すように、ゲート電極920に、ゲート絶縁層930における負の抗電圧(-Vc)よりも低い書き込み電圧(-Vw)を印加することにより、ゲート絶縁層930に「0」の情報を書き込むことができる。
 また、従来の固体電子素子900においては、ゲート絶縁層930が、図43に示すようなヒステリシス特性を有するため、図45に示すように、ゲート電極920に正の抗電圧(+Vc)よりも低く負の抗電圧(-Vc)よりも高い電圧しか印加されていない状態のもとで、ソース電極950とドレイン電極960との間に所定の電圧を印加することにより、ゲート絶縁層930から情報を読み出すことができる。すなわち、ゲート絶縁層930が「1」の情報を保持しているときには、図45(a)に示すように、ドレイン電極960からソース電極950に電流が流れる状態となり、ゲート絶縁層930が「0」の情報を保持しているときには、図45(b)に示すように、ドレイン電極960からソース電極950に電流が流れない状態となるため、電流が流れるか否かを目印にしてゲート絶縁層930から情報を読み出すことができる。
特開2006-121029号公報
 ところで、従来の固体電子素子900においては、図45からも分かるように、ゲート電極920に、正の抗電圧(+Vc)よりも低く負の抗電圧(-Vc)よりも高い電圧を印加してもゲート絶縁層930に書き込まれた情報は保持されるため、従来の固体電子素子900をメモリー素子として使用することができる。従って、従来の固体電子素子900を、大容量化に向いたNAND型メモリー装置のメモリーセルに使用することが考えられる。
 しかしながら、従来の固体電子素子900をNAND型メモリー装置のメモリーセルに用いる場合には以下のような問題がある。
 図46及び図47は、従来の固体電子素子900をNAND型メモリー装置のメモリーセルに用いる場合の問題点を示す図である。このうち、図46は固体電子素子900に新しい情報を書き込もうとした場合の問題点を説明するために示す図である。図47は固体電子素子900に書き込まれている情報を読み出そうとした場合の問題点を説明するために示す図であり、なお、図46及び図47において、符号SWは、ブロック選択トランジスタを示す。
 従来の固体電子素子900をNAND型メモリー装置のメモリーセルに用いる場合において、例えば、選択セルM6に新しい情報を書き込もうとした場合、図46に示すように、ビット線BL及びプレート線PLの電位を接地電位に落とすことにより選択セルM6のソース端及びドレイン端の電位を接地電位に落とした後、選択セルM6のゲート電極に「+Vw」又は「-Vw」の書き込み電位を与えて選択セルM6に情報を書き込む。しかしながら、この場合、非選択セルM0~M5,M7のうち1個でもオフの非選択セルが存在する場合、選択セルM6のソース端及びドレイン端の電位を接地電位に落とすことができないことから、非選択セルM0~M5,M7が保持する情報を破壊することなく選択セルM6に新しい情報を書き込むことができないという問題がある。本明細書においては、このような問題を「書き込みディスターブ問題」ということにする。
 また、従来の固体電子素子900をNAND型メモリー装置のメモリーセルに用いる場合において、例えば、選択されたメモリーセル(以下、選択セルという。)M6に保持されている情報を読み出そうとした場合、図47に示すように、選択されていないメモリーセル(以下、非選択セルという。)M0~M5,M7をすべてオンにした状態でビット線BLとプレート線PLとの間に所定の電圧を印加し、そのときに電流が流れるかどうかで、選択セルM6に書き込まれている情報が「1」なのか「0」なのかを判断する。しかしながら、この場合、非選択セルM0~M5,M7をすべてオンにすることが必要となるため、その過程で非選択セルM0~M5,M7のすべてに「1」の情報が書き込まれてしまい、非選択セルM0~M5,M7が保持する情報を破壊してしまうという問題がある。本明細書においては、このような問題を「読み出しディスターブ問題」ということにする。
 このように、従来の固体電子素子900をNAND型メモリー装置のメモリーセルに用いる場合には、選択セルに新しい情報を書き込もうとした場合及び選択セルに保持されている情報を読み出そうとした場合のいずれにおいても以上のような重大な問題(「書き込みディスターブ問題」及び「読み出しディスターブ問題」)がある。
 なお、このような問題は、従来の固体電子素子900を用いるメモリー装置のみに発生し得る問題ではなく、ゲート絶縁層に強誘電体材料を用いる固体電子素子を用いるメモリー装置全般に発生し得る問題である。
 そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、NAND型メモリー装置のメモリーセルに用いる場合に「書き込みディスターブ問題」及び「読み出しディスターブ問題」を発生させることのない固体電子素子からなるメモリーセルブロック及びその製造方法を提供することを目的とする。また、このようなメモリーセルブロックを用いるメモリー装置及びメモリー装置の駆動方法を提供することを目的とする。
[1]本発明のメモリーセルブロックは、第1ソース端及び第1ドレイン端を有する第1チャネル領域と、前記第1チャネル領域の導通状態を制御する第1ゲート電極と、前記第1ゲート電極と前記第1チャネル領域との間に形成された強誘電体層からなる第1ゲート絶縁層とを有する情報記憶用の第1トランジスタと、第2ソース端及び第2ドレイン端を有する第2チャネル領域と、前記第2チャネル領域の導通状態を制御する第2ゲート電極と、前記第2ゲート電極と前記第2チャネル領域との間に形成された第2ゲート絶縁層とを有する情報読み出し/書き込み用の第2トランジスタとを備え、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタは、前記第1ソース端と前記第2ソース端とが接続され、前記第1ドレイン端と前記第2ドレイン端とが接続され、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極がそれぞれ別のゲート線に接続された状態で、並列に接続されている固体電子素子からなる複数のメモリーセルを備え、これら複数のメモリーセルが直列に接続されたメモリーセルブロックであって、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域は、同一工程で形成される導電体層又は半導体層からなり、前記複数のメモリーセルのうち隣接する2つのメモリーセルは、当該2つのメモリーセルにおける前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域に連続しかつこれらのチャネル領域と同一工程で形成される導電体層又は半導体層からなる接続層によって接続されていることを特徴とする。
 このため、本発明のメモリーセルブロックによれば、これをNAND型メモリー装置のメモリーセルに用いることにより、「書き込みディスターブ問題」及び「読み出しディスターブ問題」を発生させることのないメモリー装置を構成することが可能となる。
 すなわち、本発明のメモリーセルブロックをNAND型メモリー装置のメモリーセルブロックに用いる場合において、例えば、選択セルM6に新しい情報を書き込もうとした場合、後述する図5、図7、図14、図16、図18及び図20に示すように、少なくとも非選択セルM0~M5,M7に接続された第2ワード線WL0~WL7にオン電圧Vonを印加するとともに、選択セルM6に接続された第1ワード線WL6に第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1よりも高い第1書き込み電圧(Vw:Vw>Vc1)及び第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1に負号を付した電圧(-Vc1)よりも低い第2書き込み電圧(「-Vw」:「-Vw」<-Vc1)のいずれかを印加する。これにより、少なくとも非選択セルM0~M5,M7における第2トランジスタTR2はすべてオンになるため、第1トランジスタTR1を用いなくても、第2トランジスタTR2を通じて、選択セルM6の第2ドレイン端及び第2ソース端のそれぞれをビット線BL及びプレート線PLの電位と同じ接地電位にすることができるようになる。このため、非選択セルM0~M5,M7における第1トランジスタTR1が保持している情報を破壊することなく、選択セルM6に新たな情報を書き込むことができるようになる。その結果、本発明のメモリーセルブロックは、「書き込みディスターブ問題」を発生させることがないメモリーセルブロックとなる。なお、この場合、選択セルM6に新しい情報を書き込むとき、選択セルM6に接続された第2ワード線WL6にはオン電圧Von又はオフ電圧Voffのどちらを印加してもよい。
 一方、本発明のメモリーセルブロックをNAND型メモリー装置のメモリーセルブロックに用いる場合において、例えば、選択セルM6に保持されている情報を読み出そうとした場合、後述する図6、図8、図15、図17、図19及び図21に示すように、非選択セルM0~M5,M7に接続された第2ワード線WL0~WL5,WL7にオン電圧Vonを印加するとともに、選択セルM6に接続された第2ワード線WL6にオフ電圧Voffを印加する。これにより、非選択セルM0~M5,M7における第2トランジスタTR2はすべてオンになり、選択セルM6における第2トランジスタTR2はオフになるため、選択セルM6に保持されている情報を読み出すことができる。このとき、いずれの第2ワード線も第1トランジスタTR1には接続されていないため、非選択セルM0~M5,M7及び選択セルM6におけるいずれの第1トランジスタTR1に対しても、保持する情報を破壊することがない。その結果、本発明のメモリーセルブロックは、「読み出しディスターブ問題」を発生させることがないメモリーセルブロックとなる。
 また、本発明のメモリーセルブロックによれば、第1チャネル領域及び第2チャネル領域は、同一工程で形成される導電体層又は半導体層からなり、複数のメモリーセルのうち隣接する2つのメモリーセルは、当該2つのメモリーセルにおける第1チャネル領域及び第2チャネル領域に連続しかつこれらのチャネル領域と同一工程で形成される導電体層又は半導体層からなる接続層によって接続されているため、第1チャネル領域及び第2チャネル領域と接続層とを1回の工程で、すなわち、短い工程で形成することが可能となる。また、第1チャネル領域及び第2チャネル領域と接続層との間の接触抵抗を低減することが可能となる。
[2]本発明のメモリーセルブロックにおいては、前記前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域並びに前記接続層は、酸化物導電体材料からなることが好ましい。
 このような構成とすることにより、各チャネル領域におけるキャリア濃度を高くすることができるため、大きな電流を低い駆動電圧で高速に制御することが可能となる。
[3]本発明のメモリーセルブロックにおいては、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極を構成するゲート電極層と、前記第1ゲート絶縁層と前記第2ゲート絶縁層とを構成するゲート絶縁層と、前記導電体層又は半導体層とは、すべて液体材料を用いて形成されたものであることが好ましい。
 このような構成とすることにより、型押し成形加工技術を用いてメモリーセルブロックを製造することが可能となるため、上記のように優れたメモリーセルブロックを、従来よりも大幅に少ない原材料及び製造エネルギーを用いて製造することが可能となる。液体材料としては、MOD(Metal Organic Decomposition)材料、ゾルゲル溶液、ナノ粒子分散液体材料などを用いることができる。
[4]本発明のメモリーセルブロックにおいては、前記ゲート電極層と、前記ゲート絶縁層と、前記導電体層又は半導体層とは、すべて真空プロセルを用いることなく形成されたものであることが好ましい。
 このような構成とすることにより、真空プロセスを用いることなしにメモリーセルブロックを製造することが可能となるため、上記のように優れたメモリーセルブロックを従来よりも大幅に少ない製造エネルギーを用いて製造することが可能となる。
[5]本発明のメモリーセルブロックにおいては、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極を構成するゲート電極層と、前記第1ゲート絶縁層と前記第2ゲート絶縁層とを構成するゲート絶縁層と、前記導電体層又は半導体層とは、すべて酸化物材料からなることが好ましい。
 このような構成とすることにより、ゲート電極層と、ゲート絶縁層と、導電体層又は半導体層を、すべて液体材料を用いて形成することができるようになる。また、信頼性の高い固体電子素子とすることができる。
[6]本発明のメモリーセルブロックにおいては、前記ゲート電極層と、前記ゲート絶縁層と、前記導電体層又は半導体層とは、すべてペロブスカイト構造を有することが好ましい。
 このような構成とすることにより、ゲート電極層と、ゲート絶縁層と、導電体層又は半導体層とが同一の結晶構造となり、格子欠陥の少ない高品質な固体電子素子を製造することが可能となる。
[7]本発明のメモリーセルブロックにおいては、前記第2ゲート絶縁層は、前記第1ゲート絶縁層と同層の強誘電体層からなり、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタは、固体基板における一方の表面上に、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極を構成するゲート電極層と、前記第1ゲート絶縁層と前記第2ゲート絶縁層とを構成するゲート絶縁層と、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域並びに前記接続層を構成する導電体層又は半導体層とがこの順序で形成された構造を有することができる。
 このような構成とすることにより、固体基板上に平面分離型のメモリーセルブロック(ボトムゲートタイプ)を構成することができる(後述する実施形態5参照。)。
[8]本発明のメモリーセルブロックにおいては、前記第2ゲート絶縁層は、前記第1ゲート絶縁層と同層の強誘電体層からなり、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタは、固体基板における一方の表面上に、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域並びに前記接続層を構成する導電体層又は半導体層と、前記第1ゲート絶縁層と前記第2ゲート絶縁層とを構成するゲート絶縁層と、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極を構成するゲート電極層とがこの順序で形成された構造を有することができる。
 このような構成とすることにより、固体基板上に平面分離型のメモリーセルブロック(トップゲートタイプ)を構成することができる(後述する実施形態6参照。)。
[9]本発明のメモリーセルブロックにおいては、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタは、チャネル幅方向に並列して配置されていることが好ましい。
 このような構成とすることにより、第1トランジスタ及び第2トランジスタをスペース効率良く配置することが可能となる。
[10]本発明のメモリーセルブロックにおいては、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタは、固体基板における一方の表面上に、前記第1ゲート電極を構成する第1ゲート電極層と、前記第1ゲート絶縁層と、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域並びに前記接続層を構成する導電体層又は半導体層と、前記第2ゲート絶縁層と、前記第2ゲート電極を構成する第2ゲート電極層とがこの順序で形成された構造を有することができる。
 このような構成とすることにより、固体基板上に、第1ゲート電極、第1ゲート絶縁層及び第1チャネル領域から構成される第1トランジスタと、第2チャネル領域、第2ゲート絶縁層及び第2ゲート電極から構成される第2トランジスタとがこの順序で積層された積層分離型のメモリーセルブロックを構成することができる(後述する実施形態1、3及び4参照。)。
[11]本発明のメモリーセルブロックにおいては、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタは、固体基板における一方の表面上に、前記第2ゲート電極を構成する第2ゲート電極層と、前記第2ゲート絶縁層と、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域並びに前記接続層を構成する導電体層又は半導体層と、前記第1ゲート絶縁層と、前記第1ゲート電極を構成する第1ゲート電極層とがこの順序で形成された構造を有することができる。
 このような構成とすることにより、固体基板上に、第2ゲート電極、第2ゲート絶縁層及び第2チャネル領域から構成される第2トランジスタと、第1チャネル領域、第1ゲート絶縁層及び第1ゲート電極から構成される第1トランジスタとがこの順序で積層された積層分離型の固体電子素子を構成することができる(後述する実施形態2参照。)。
[12]本発明のメモリーセルブロック(上記[10]又は[11]に記載のメモリーセルブロック)においては、前記第2ゲート絶縁層は、常誘電体層からなることが好ましい。
 このような構成とすることにより、後述する実施形態1、2及び4からも分かるように、上記した積層分離型の固体電子素子において、情報の書き込み及び読み出しを正しく行うことが可能となる。
[13]本発明のメモリーセルブロック(上記[10]又は[11]に記載のメモリーセルブロック)においては、前記第2ゲート絶縁層は、強誘電体層からなることが好ましい。
 このような構成とすることによっても、後述する実施形態3からも分かるように、上記した積層分離型のメモリーセルブロックにおいて、情報の書き込み及び読み出しを正しく行うことが可能となる。
 なお、本発明のメモリーセルブロック(上記[10]~[13]のいずれかに記載のメモリーセルブロック)においては、導電体層又は半導体層のうち、第1ゲート電極との界面の近傍に第1チャネル領域が位置し、第2ゲート電極との界面の近傍に第2チャネル領域が位置することとなる。
 また、本発明のメモリーセルブロック(上記[10]~[13]のいずれかに記載のメモリーセルブロック)においては、第1チャネル領域及び第2チャネル領域の部分における導電体層又は半導体層の厚さは、所定のメモリーセルに保持されているオフ情報を読み出そうとしたときにおいて、所定のメモリーセル以外のメモリーセルにおいては、少なくとも第2チャネル領域が導通状態となる一方、所定のメモリーセルにおいては、第1チャネル及び第2チャネルを構成する導電体層又は半導体層全体が非導通状態となるような厚さに設定されていることが好ましい。
[14]本発明のメモリーセルブロックにおいては、前記第2ゲート絶縁層は、前記第1ゲート絶縁層と同層の強誘電体層からなり、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域は、半導体基板の表面に形成された所定のソース領域及び所定のドレイン領域の間に位置し、前記第1ゲート絶縁層は、前記第1チャネル領域を覆うように形成され、前記第2ゲート絶縁層は、前記第2チャネル領域を覆うように形成され、前記第1ゲート電極は、前記第1ゲート絶縁層を介して前記第1チャネル領域に対向するように形成され、前記第2ゲート電極は、前記第2ゲート絶縁層を介して前記第2チャネル領域に対向するように形成されていることが好ましい。
 このような構成とすることにより、半導体基板の表面に平面分離型の固体電子素子(MFS(Metal-Ferroelectric-Semiconductor)型)を構成することができる(後述する実施形態7参照。)。その結果、一般的な半導体プロセスを用いて安価な製造コストでメモリーセルブロックを製造することができる。
[15]本発明のメモリーセルブロック(上記[14]に記載のメモリーセルブロック)においては、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域と、前記第1ゲート絶縁層及び前記第2ゲート絶縁層との間には、常誘電体バッファ層が形成されていることが好ましい。
 このような構成とすることにより、半導体基板の表面に平面分離型のメモリーセルブロック(MFIS(Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor)型)を構成することができる(後述する実施形態8参照。)。これにより、半導体基板(例えばSi)と、第1ゲート絶縁層及び第2ゲート絶縁層を構成する強誘電体層(例えばPZT)との間で生じることがある「望ましくない相互拡散現象」を抑制することができる。
[16]本発明のメモリーセルブロック(上記[14]又は[15]に記載のメモリーセルブロック)においては、前記常誘電体バッファ層と、前記第1ゲート絶縁層及び前記第2ゲート絶縁層との間には、浮遊電極が形成されていることが好ましい。
 このような構成とすることにより、半導体基板の表面に平面分離型のメモリーセルブロック(MFMIS(Metal-Ferroelectric-Metal-Insulator-Semiconductor)型)を構成することができる(後述する実施形態9参照。)。これにより、ゲート絶縁層によるキャパシタと、常誘電体バッファ層によるキャパシタの面積を任意に調整することで、残留分極量が大きいゲート絶縁層と、残留分極量が小さい半導体基板との間の電荷ミスマッチを緩和することができる。
[17]本発明のメモリー装置は、ビット線と、プレート線と、第1ワード線と、第2ワード線と、前記ビット線と前記プレート線との間にメモリーセルが複数個直列接続されたメモリーセルブロックと、前記メモリーセルブロックが複数個配設されたメモリーセルアレイとを備え、前記メモリーセルが、前記第1ゲート電極が第1ワード線に接続され、前記第2ゲート電極が第2ワード線に接続された状態で、並列に接続されてなるメモリー装置であって、前記メモリーセルブロックとして、本発明のメモリーセルブロックを備えることを特徴とする。
 このため、本発明のメモリー装置は、本発明の固体電子素子をNAND型メモリー装置のメモリーセルに用いた、大容量で、かつ、「書き込みディスターブ問題」及び「読み出しディスターブ問題」を発生させることのないメモリー装置となる。
 なお、本発明のメモリー装置においては、第2トランジスタは、ディプレッションタイプのトランジスタであってもよいし(後述する実施形態1~3,5~9参照。)、エンハンスメントタイプのトランジスタであってもよい(後述する実施形態4参照。)。いずれのタイプのトランジスタであっても、選択セルに対して情報の読み出しや書き込みを正しく行うことができるメモリー装置となる。また、第1トランジスタも、ディプレッションタイプのトランジスタであってもよいし、エンハンスメントタイプのトランジスタであってもよい。いずれのタイプのトランジスタであっても、選択セルに対して情報の読み出しや書き込みを正しく行うことができるメモリー装置となる。
[18]本発明のメモリー装置においては、前記メモリーセルブロックは、少なくとも1つのブロック選択トランジスタを介して前記ビット線又は前記プレート線に接続されていることが好ましい。
 このような構成とすることにより、ブロック選択トランジスタに与えるブロック選択信号により、所望のメモリーセルブロックを選択することができる。
[19]本発明のメモリー装置においては、前記メモリーセルブロックとして、本発明のメモリーセルブロック(上記[7]~[9]のいずれかに記載のメモリーセルブロック)を備え、前記接続層のうち、平面的に見て前記第1ワード線又は前記第2ワード線と交差する位置に位置する前記接続層の上層又は下層に抵抗低減用導電体層が形成されていることが好ましい。
 このような構成とすることにより、第1ワード線又は第2ワード線と交差する位置に位置する接続層の部分で望ましくないスイッチング現象が生じることを防止することが可能となる。
[20]本発明のメモリー装置においては、前記メモリーセルブロックとして、本発明のメモリーセルブロック(上記[7]~[9]のいずれかに記載のメモリーセルブロック)を備え、前記接続層を構成する導電体層又は半導体層は、前記第1チャネル領域又は前記第2チャネル領域を構成する導電体層又は半導体層よりも厚いことが好ましい。
 このような構成とすることによっても、第1ワード線又は第2ワード線と交差する位置に位置する接続層の部分で望ましくないスイッチング現象が生じることを防止することが可能となる。また、接続層を構成する導電体層又は半導体層を低抵抗化することが可能となる。この場合、型押し成形技術等を用いることにより、接続層を構成する導電体層又は半導体層を、第1チャネル領域又は第2チャネル領域を構成する導電体層又は半導体層よりも厚くすることができる。
[21]本発明のメモリー装置においては、前記メモリーセルブロックとして、本発明のメモリーセルブロック(上記[10]~[13]のいずれかに記載のメモリーセルブロック)を備え、前記接続層を構成する導電体層又は半導体層は、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域を構成する導電体層又は半導体層よりも厚いことが好ましい。
 このような構成とすることにより、接続層を構成する導電体層又は半導体層を低抵抗化することが可能となる。この場合、型押し成形技術等を用いることにより、接続層を構成する導電体層又は半導体層を、第1チャネル領域及び第2チャネル領域を構成する導電体層又は半導体層よりも厚くすることができる。
[22]本発明のメモリー装置は、本発明のメモリー装置であって、前記メモリーセルブロックとして本発明のメモリーセルブロック(上記[10]~[13]のいずれかに記載のメモリーセルブロック)を備えるメモリー装置を用いて、所定のメモリーセル(以下、選択セルという。また、選択セルと同一のメモリーセルブロックに属するメモリーセルのうち選択セル以外のメモリーセルを非選択セルという。)に対して情報の書き込みを行うメモリー装置の駆動方法であって、少なくとも非選択セルに接続された第2ワード線にオン電圧Vonを印加することにより非選択セルにおける前記第2トランジスタをオンにするとともに、選択セルに接続された第2ワード線には接地電位を与え、選択セルに接続された第1ワード線には第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1よりも高い第1書き込み電圧(Vw:Vw>Vc1)及び前記抗電圧Vc1に負号を付した電圧(-Vc1)よりも低い第2書き込み電圧(「-Vw」:「-Vw」<-Vc1)のいずれかを印加することにより、選択セルに対する情報の書き込み動作を行うことを特徴とする。
 このため、本発明のメモリー装置の駆動方法によれば、後述する試験例からも分かるように、選択セルに対して高速に情報を書き込むことが可能となる。
[23]本発明のメモリーセルブロックの製造方法は、第1ソース端及び第1ドレイン端を有する第1チャネル領域と、前記第1チャネル領域の導通状態を制御する第1ゲート電極と、前記第1ゲート電極と前記第1チャネル領域との間に形成された強誘電体層からなる第1ゲート絶縁層とを有する情報記憶用の第1トランジスタと、第2ソース端及び第2ドレイン端を有する第2チャネル領域と、前記第2チャネル領域の導通状態を制御する第2ゲート電極と、前記第2ゲート電極と前記第2チャネル領域との間に形成された第2ゲート絶縁層とを有する情報読み出し/書き込み用の第2トランジスタとを備え、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタは、前記第1ソース端と前記第2ソース端とが接続され、前記第1ドレイン端と前記第2ドレイン端とが接続され、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極がそれぞれ別のゲート線に接続された状態で、並列に接続されている固体電子素子からなる複数のメモリーセルを備え、これら複数のメモリーセルが直列に接続されたメモリーセルブロックを製造するためのメモリーセルブロックの製造方法であって、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域並びに前記複数のメモリーセルのうち隣接する2つのメモリーセルを接続する接続層を同一工程で形成することを特徴とする。
[24]本発明のメモリーセルブロックの製造方法においては、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域並びに前記接続層を酸化物導電体材料を用いて形成することが好ましい。
[25]本発明のメモリーセルブロックの製造方法においては、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極を構成するゲート電極層と、前記第1ゲート絶縁層と前記第2ゲート絶縁層とを構成するゲート絶縁層と、前記導電体層又は半導体層とをすべて液体材料を用いて形成することが好ましい。
[26]本発明のメモリーセルブロックの製造方法においては、前記ゲート電極層と、前記ゲート絶縁層と、前記導電体層又は半導体層とをすべて真空プロセスを用いることなく形成することが好ましい。
[27]本発明のメモリーセルブロックの製造方法においては、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極を構成するゲート電極層と、前記第1ゲート絶縁層と前記第2ゲート絶縁層とを構成するゲート絶縁層と、前記導電体層又は半導体層とをすべて酸化物材料を用いて形成することが好ましい。
 本発明のメモリーセルブロックの製造方法によれば、上記したように優れた本発明のメモリーセルブロックを製造することができる。
実施形態1~9における各固体電子素子100~100hの構造を説明するために示す図表である。 実施形態1に係るメモリー装置200の回路図である。 実施形態1に係るメモリー装置200を説明するために示す図である。 実施形態1に係るメモリー装置200を説明するために示す図である。 実施形態1に係るメモリー装置200における情報書き込み動作を説明するために示す図である。 実施形態1に係るメモリー装置200における情報読み出し動作を説明するために示す図である。 実施形態1に係るメモリー装置200における情報書き込み時の駆動波形を説明するために示す図である。 実施形態1に係るメモリー装置200における情報読み出し時の駆動波形を示す図である。 実施形態2に係るメモリー装置200aを説明するために示す図である。 実施形態2に係るメモリー装置200aを説明するために示す図である。 実施形態3に係るメモリー装置200bの回路図である。 実施形態3に係るメモリー装置200bを説明するために示す図である。 実施形態3に係るメモリー装置200bを説明するために示す図である。 実施形態3に係るメモリー装置200bにおける情報書き込み動作を説明するために示す図である。 実施形態3に係るメモリー装置200bにおける情報読み出し動作を説明するために示す図である。 実施形態3に係るメモリー装置200bにおける情報書き込み時の駆動波形を説明するために示す図である。 実施形態3に係るメモリー装置200bにおける情報読み出し時の駆動波形を示す図である。 実施形態4に係るメモリー装置200cにおける情報書き込み動作を説明するために示す図である。 実施形態4に係るメモリー装置200cにおける情報読み出し動作を説明するために示す図である。 実施形態4に係るメモリー装置200cにおける情報書き込み時の駆動波形を説明するために示す図である。 実施形態4に係るメモリー装置200cにおける情報読み出し時の駆動波形を示す図である。 実施形態3に係るメモリー装置200bを製造する方法を説明するために示す図である。 実施形態3に係るメモリー装置200b製造する別の方法を説明するために示す図である。 実施形態3に係るメモリー装置200bを製造する別の方法を説明するために示す図である。 実施形態3に係るメモリー装置200bを製造する別の方法を説明するために示す図である。 実施形態3に係るメモリー装置200b製造する別の方法を説明するために示す図である。 実施形態3に係るメモリー装置200bを製造する別の方法を説明するために示す図である。 実施形態5に係るメモリー装置200dを説明するために示す図である。 実施形態5に係るメモリー装置200dを説明するために示す図である。 実施形態6に係るメモリー装置200eを説明するために示す図である。 実施形態6に係るメモリー装置200eを説明するために示す図である。 実施形態5に係るメモリー装置200dを製造する方法を説明するために示す図である。 実施形態5に係るメモリー装置200dを製造する別の方法を説明するために示す図である。 実施形態5に係るメモリー装置200dを製造する別の方法を説明するために示す図である。 実施形態5に係るメモリー装置200d製造する別の方法を説明するために示す図である。 実施形態7に係るメモリー装置200fを説明するために示す図である。 実施形態7に係るメモリー装置200fを説明するために示す図である。 実施形態8に係るメモリー装置200gを説明するために示す図である。 実施形態9に係るメモリー装置200hを説明するために示す図である。 試験例の結果を示す図である。 従来の固体電子素子900を説明するために示す図である。 従来の固体電子素子900におけるスイッチング動作を説明するためにす図である。 ゲート絶縁層930のヒステリシス特性を説明するために示す図である。 ゲート絶縁層930に情報を書き込んでいるときの様子を示す図である。 ゲート絶縁層930から情報を読み出しているときの様子を示す図である。 従来の固体電子素子900をNAND型メモリー装置のメモリーセルに用いる場合の問題点を示す図である。 従来の固体電子素子900をNAND型メモリー装置のメモリーセルに用いる場合の問題点を示す図である。
 以下、本発明のメモリーセルブロック及びその製造方法、メモリー装置並びにメモリー装置の駆動方法について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
 図1は、実施形態1~9に係るメモリー装置200~200hに用いる固体電子素子100~100hの構造を説明するために示す図表である。
 本発明に用いる固体電子素子は、情報記憶用の第1トランジスタTR1と、情報読み出し/書き込み用の第2トランジスタTR2とを備え、第1ソース端と第2ソース端とが接続され、第1ドレイン端と第2ドレイン端とが接続され、第1ゲート電極及び第2ゲート電極がそれぞれ別のゲート線(第1ワード線又は第2ワード線)に接続された状態で、並列に接続されている固体電子素子である。
 本発明に用いる固体電子素子においては、図1に示すように、第1トランジスタTR1のゲート絶縁層(第1ゲート絶縁層)はすべて強誘電体層(実施形態1~9)からなり、第2トランジスタTR2のゲート絶縁層(第2ゲート絶縁層)は常誘電体層(実施形態1,2,4)又は強誘電体層(実施形態3,5~9)からなり、チャネル領域は固体基板上に形成された導電体層又は半導体層(実施形態1~6)又は半導体基板の表面における所定のソース領域と所定のドレイン領域の間に位置するもの(実施形態7~9)からなる。また、第1トランジスタTR1と第2トランジスタTR2との分離構造は、積層分離型(実施形態1~4)又は平面分離型(実施形態5~9)からなる。このうち積層分離型におけるゲートタイプは、第1ゲートが下層で第2ゲートが上層のゲートタイプ(実施形態1,3,4)又は第1ゲートが上層で第2ゲートが下層のゲートタイプ(実施形態2)からなる。また、平面分離型におけるゲートタイプは、ボトムゲートタイプ(実施形態5)又はトップゲートタイプ(実施形態6~9)からなる。第2トランジスタTR2はディプレッションタイプ(実施形態1~3,5~9)又はエンハンスメントタイプ(実施形態4)からなる。
 なお、本発明において、ディプレッションタイプには、ゲート電極に負電圧を印加したときオフ状態となりゲート電極に0Vを印加したときオン状態となる完全な「ディプレッションタイプ」のみならず、ゲート電極に負電圧を印加したときにはオフ状態となるが、ゲート電極に0Vを印加したとき完全なオン状態とならずゲート電極に正電圧を印加したときにはじめて完全なオン状態となる「不完全なディプレッションタイプ」のものも含むものとする。
[実施形態1]
 図2は、実施形態1に係るメモリー装置200の回路図である。
 図3は、実施形態1に係るメモリー装置200を説明するために示す図である。図3(a)はメモリー装置200の平面図であり、図3(b)は図3(a)のA1-A1断面図であり、図3(c)は図3(a)のA2-A2断面図であり、図3(d)は図3(a)のA3-A3断面図である。
 図4は、実施形態1に係るメモリー装置200を説明するために示す図である。図4(a)は、図3(b)の符号Rで囲まれた部分(実施形態1に用いる固体電子素子100)の拡大断面図であり、図4(b)は、第1ゲート絶縁層130の抗電圧Vc1と、第1トランジスタTR1の書き込み電圧(+Vw,-Vw)との関係を示す図であり、図4(c)は、第2トランジスタTR2のオン電圧Von及びオフ電圧Voffを示す図である。
 実施形態1に係るメモリー装置200は、図2に示すように、ビット線BLと、プレート線PLと、第1ワード線WL0~WL7と、第2ワード線WL0~WL7と、メモリーセルM0~M7と、ビット線BLとプレート線PLとの間にメモリーセルM0~M7が複数個直列接続されたメモリーセルブロックMB1~MB3(実施形態1に係るメモリーセルブロック)と、メモリーセルブロックMB1~MB3が複数個配設されたメモリーセルアレイ(図示せず。)とを備える。なお、図2には、実施形態1に係るメモリー装置200の一部のみが図示されている。
 各メモリーセルM0~M7は、図2、図3(a)~図3(c)及び図4(a)に示すように、第1トランジスタTR1と第2トランジスタTR2とを備える固体電子素子100からなる。
 第1トランジスタTR1は、情報記憶用のトランジスタであり、図3(a)~図3(c)及び図4(a)に示すように、第1ソース端S1及び第1ドレイン端D1を有する第1チャネル領域142と、第1チャネル領域142の導通状態を制御する第1ゲート電極122と、第1ゲート電極122と第1チャネル領域142との間に形成された強誘電体層からなる第1ゲート絶縁層132とを有する。
 第1トランジスタTR1の書き込み電圧Vw,-Vwは、図4(b)に示すように、「-Vw<-Vc1<0<Vc1<Vw」の関係を満たす値に設定されている。Vc1,-Vc1は第1ゲート絶縁層の抗電圧である。
 第2トランジスタTR2は、情報読み出し/書き込み用のトランジスタであり、図3(a)~図3(c)及び図4(a)に示すように第2ソース端S2及び第2ドレイン端D2を有する第2チャネル領域144と、第2チャネル領域144の導通状態を制御する第2ゲート電極164と、第2ゲート電極164と第2チャネル領域144との間に形成された常誘電体層からなる第2ゲート絶縁層154とを有する。
 第2トランジスタTR2はディプレッション型のトランジスタであり、オン電圧Von及びオフ電圧Voffは、図4(c)に示すように、「Voff<Von=0V」の関係を満たす値に設定されている。
 第1トランジスタTR1及び第2トランジスタTR2は、図2及び図3(a)~図3(c)に示すように、第1ソース端S1と第2ソース端S2とが接続され、第1ドレイン端D1と第2ドレイン端D2とが接続され、さらには第1ゲート電極122と第2ゲート電極164とがそれぞれ別のゲート線(第1ゲート電極層(第1ワード線)120,第2ゲート電極層(第2ワード線)160)に接続された状態で並列に接続されている。
 第1トランジスタTR1及び第2トランジスタTR2は、図3(b)、図3(c)及び図4(a)に示すように、積層方向に並列して配置されている。
 実施形態1に係るメモリーセルブロック(例えばMB1)は、図2に示すように、少なくとも1つのブロック選択トランジスタSWを介してビット線BLに接続されている。
 ブロック選択トランジスタSWは、図3(a)、図3(b)及び図3(d)に示すように、第3チャネル領域146と、第3チャネル領域146の導通状態を制御する第3ゲート電極166と、第3ゲート電極166と第3チャネル領域146との間に形成された常誘電体層からなる第3ゲート絶縁層156(第2ゲート絶縁層154と同じ層)とを有する第3トランジスタTR3からなる。
 第1チャネル領域142、第2チャネル領域144及び第3チャネル領域146は、同一工程で形成される導電体層140からなり、同一のメモリーセルブロック(例えばMB1)に属する複数のメモリーセルM0~M7のうち隣接する2つのメモリーセル(例えばM7及びM6)は、図3(a)及び図3(b)に示すように、当該2つのメモリーセルにおける第1チャネル領域142及び第2チャネル領域144に連続しかつこれらのチャネル領域142,144と同一工程で形成される導電体層140からなる接続層によって接続され、かつ、同一のメモリーセルブロック(例えばMB1)に属するブロック選択トランジスタSW及び当該ブロック選択トランジスタSWに隣接するメモリーセル(メモリーセルM0)は、当該メモリーセルM0における第1チャネル領域142及び第2チャネル領域144並びにブロック選択トランジスタSWにおける第3チャネル領域146に連続しかつこれらのチャネル領域142,144,146と同一工程で形成される導電体層140からなる接続層によって接続されている。
 実施形態1に用いる固体電子素子100は、第1トランジスタTR1及び第2トランジスタTR2が、図3(b)及び図4(a)に示すように、固体基板110における一方の表面上に、第1ゲート電極122を構成する第1ゲート電極層120と、第1ゲート絶縁層132(130)と、第1チャネル領域142及び第2チャネル領域144を構成する導電体層140と、第2ゲート絶縁層154(150)と、第2ゲート電極164を構成する第2ゲート電極層160とがこの順序で形成された構造を有する、いわゆる積層分離型の固体電子素子である。
 実施形態1に用いる固体電子素子100においては、固体基板110として、例えばSi基板の表面にSiO層及びTi層を介してSTO(SrTiO)層を形成した絶縁性基板を用いる。また、第1ゲート電極層120として、例えばPtを用いる。また、第1ゲート絶縁層130に用いる強誘電体材料として、例えばPZT(Pb(Zr,Ti1-x)O)を用いる。また、導電体層140として、例えばインジウム錫酸化物(ITO)からなる酸化物導電体を用いる。また、第2ゲート絶縁層150として、例えばSiOを用いる。さらにまた、第2ゲート電極層160として、例えばAlを用いる。
 実施形態1に係るメモリー装置200において、情報の書き込み及び読み出しは、以下のようにして行う。
 図5は、実施形態1に係るメモリー装置200における情報書き込み動作を説明するために示す図である。図6は、実施形態1に係るメモリー装置200における情報読み出し動作を説明するために示す図である。
 すなわち、情報書き込み時には、図5に示すように、非選択セルM0~M7に接続された第2ワード線WL0~WL7にオン電圧Vonを印加するとともに、選択セルM6に接続された第1ワード線WL6に第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1よりも高い第1書き込み電圧(Vw:Vw>Vc1)及び第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1に負号を付した電圧(-Vc1)よりも低い第2書き込み電圧(「-Vw」:「-Vw」<-Vc1)のいずれかを印加する。これにより、非選択セルM0~M7における第2トランジスタTR2はすべてオンになるため、第1トランジスタTR1を用いなくても、第2トランジスタTR2を通じて、選択セルM6の第2ドレイン端及び第2ソース端のそれぞれをビット線BL及びプレート線PLの電位と同じ接地電位にすることができるようになる。このため、非選択セルM0~M5,M7における第1トランジスタTR1が保持している情報を破壊することなく、選択セルM6に新たな情報を書き込むことができるようになる。その結果、実施形態1に用いる固体電子素子100(及び実施形態1に係るメモリー装置200)は、「書き込みディスターブ問題」を発生させることがない固体電子素子(及びメモリー装置)となる。
 また、情報読み出し時には、図6に示すように、非選択セルM0~M5,M7に接続された第2ワード線WL0~WL5,WL7にオン電圧Vonを印加するとともに、選択セルM6に接続された第2ワード線WL6にオフ電圧Voffを印加する。これにより、非選択セルM0~M5,M7における第2トランジスタTR2はすべてオンとなり、選択セルM6における第2トランジスタTR2はオフになるため、選択セルM6に保持されている情報を読み出すことができる。すなわち、ビット線BLとプレート線PLとの間に所定の電圧を印加しておけば、そのときに電流が流れるかどうかで、選択セルM6に書き込まれている情報が「1」なのか「0」なのかを判断することができ、それゆえ、選択セルM6に保持されている情報を読み出すことができるのである。そして、このとき、いずれの第2ワード線WL0~WL7も第1トランジスタTR1には接続されていないため、非選択セルM0~M5,M7及び選択セルM6におけるいずれの第1トランジスタTR1に対しても、保持する情報を破壊することがない。その結果、実施形態1に用いる固体電子素子100(及び実施形態1に係るメモリー装置200)は、「読み出しディスターブ問題」を発生させることがない固体電子素子(及びメモリー装置)となる。
 図7は、実施形態1に係るメモリー装置200における情報書き込み時の駆動波形を示す図である。図7(a)は第2トランジスタTR2を駆動するための駆動波形を示す図であり、図7(b)は第1トランジスタTR1を駆動するための駆動波形を示す図である。
 図8は、実施形態1に係るメモリー装置200における情報読み出し時の駆動波形を説明するために示す図である。図8(a)は第2トランジスタTR2を駆動するための駆動波形を示す図であり、図8(b)は第1トランジスタTR1を駆動するための駆動波形を示す図であり、図8(c)はドレイン電流を示す。
 なお、以下の説明においては、メモリーセルM6に着目して情報の読み出し及び書き込み方法を説明することとする。従って、図7及び図8においては、メモリーセルM6を選択している期間(期間7)について、網掛けを除去してハイライト表示することとする。
 実施形態1に係るメモリー装置200においては、図7に示す駆動波形を用いて情報の書き込みを行うことができる。すなわち、図7(a)に示すように、すべてのメモリーセルM0~M7に接続された第2ワード線WL0~WL7に全期間オン電圧Von(例えば0V)を印加する。また、図7(b)に示すように、その状態で、非選択セルM0~M5,M7に接続された第1ワード線WL0~WL5,WL7には、接地電位(例えば0V)を印加するとともに、選択セルM6に接続された第1ワード線WL6に第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1よりも高い第1書き込み電圧(Vw:Vw>Vc1)及び第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1に負号を付した電圧(-Vc1)よりも低い第2書き込み電圧(「-Vw」:「-Vw」<-Vc1)のいずれかを印加する。なお、非選択セルM0~M5,M7に接続された第1ワード線WL0~WL5,WL7には、第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1よりも低く第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1に負号を付した電圧(-Vc1)よりも高い電圧V(「-Vc1」<V<Vc1)を印加してもよい。また、選択セルM6に接続された第2ワード線WL6には、オフ電圧Voffを印加してよい。
 実施形態1に係るメモリー装置200においては、上記のような駆動波形を各第1ワード線及び第2ワード線に与えることにより、少なくとも非選択セルM0~M5,M7における第2トランジスタTR2は、非選択期間中常にオンの状態となるため、第1トランジスタTR1を用いなくても、第2トランジスタTR2を通じて、選択セルM6の第2ドレイン端及び第2ソース端のそれぞれをビット線BL及びプレート線PLの電位と同じ接地電位にすることができる。このため、非選択セルM0~M5,M7における第1トランジスタTR1が保持している情報を破壊することなく、選択セルM6に新たな情報を書き込むことができるようになる。
 一方、実施形態1に係るメモリー装置200においては、図8に示す駆動波形を用いて情報の読み出しを行うことができる。すなわち、図8(a)に示すように、非選択セルM0~M5,M7に接続された第2ワード線WL0~WL5,WL7にオン電圧Von(0V)を印加するとともに、選択セルM6に接続された第2ワード線WL6にオフ電圧Voffを印加する。また、図8(b)に示すように、各第1メモリーセルM0~M7に接続された第1ワード線WL0~WL7には、0Vを印加する。なお、各第1メモリーセルM0~M7に接続された第1ワード線WL0~WL7には、第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1よりも低く第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1に負号を付した電圧(-Vc1)よりも高い電圧V(「-Vc1」<V<Vc1)を印加してもよい。
 実施形態1に係るメモリー装置200においては、上記のような駆動波形を各第1ワード線及び第2ワード線に与えることにより、ビット線とプレート線との間に図8(c)に示すようなドレイン電流が流れるようになるため、このドレイン電流の大きさを測定することにより各メモリーセルが保持している情報が「1」であるのか「0」であるのかを判断することができ、その結果、各メモリーセルに保持されている情報の読み出しを行うことができる。
[実施形態2]
 図9は、実施形態2に係るメモリー装置200aを説明するために示す図である。図9(a)はメモリー装置200aの平面図であり、図9(b)は図9(a)のA1-A1断面図であり、図9(c)は図9(a)のA2-A2断面図であり、図9(d)は図9(a)のA3-A3断面図である。
 図10は、実施形態2に係るメモリー装置200aを説明するために示す図である。図10(a)は、図9(b)の符号Rで囲まれた部分(実施形態2に用いる固体電子素子100a)の拡大断面図であり、図10(b)は、第1ゲート絶縁層130の抗電圧Vc1と、第1トランジスタTR1の書き込み電圧(+Vw,-Vw)との関係を示す図であり、図10(c)は、第2トランジスタTR2のオン電圧Von及びオフ電圧Voffを示す図である。
 実施形態2に係るメモリー装置200aは、基本的には、実施形態1に係るメモリー装置200と同様に積層分離型の構成を有するが、第1トランジスタTR1が第2トランジスタTR2の上層に形成されている点で、実施形態1に係るメモリー装置200の場合と異なる。
 すなわち、実施形態2に係るメモリー装置200aは、第1トランジスタTR1及び第2トランジスタTR2が、図9(b)、図9(c)及び図10(a)に示すように、固体基板110における一方の表面上に、第2ゲート電極164を構成する第2ゲート電極層160と、第2ゲート絶縁層154(150)と、第2チャネル領域144及び第1チャネル領域142を構成する導電体層140と、第1ゲート絶縁層132(130)と、第1ゲート電極122を構成する第1ゲート電極層120とがこの順序で形成された構造を有する。
 このように、実施形態2に係るメモリー装置200aは、第1トランジスタTR1が第2トランジスタTR2の上層に形成されている点で、実施形態1に係るメモリー装置200の場合と異なるが、情報記憶用の第1トランジスタTR1及び情報読み出し/書き込み用の第2トランジスタTR2が、第1ゲート電極及び第2ゲート電極がそれぞれ別のゲート線に接続された状態で並列に接続された構造を有するため、実施形態1に係るメモリー装置200の場合と同様に、「書き込みディスターブ問題」及び「読み出しディスターブ問題」を発生させることのないメモリー装置となる。
 なお、実施形態2に係るメモリー装置200aは、第1トランジスタTR1が第2トランジスタTR2の上層に形成されている点以外の点においては、実施形態1に係るメモリー装置200の場合と同様の構成を有するため、実施形態1に係るメモリー装置200が有する効果のうち該当する効果を有する。
[実施形態3]
 図11は、実施形態3に係るメモリー装置200bの回路図である。
 図12は、実施形態3に係るメモリー装置200bを説明するために示す図である。図12(a)はメモリー装置200bの平面図であり、図12(b)は図12(a)のA1-A1断面図であり、図12(c)は図12(a)のA2-A2断面図であり、図12(d)は図12(a)のA3-A3断面図である。
 図13は、実施形態3に係るメモリー装置200bを説明するために示す図である。図13(a)は、図12(b)の符号Rで囲まれた部分(実施形態3に用いる固体電子素子100b)の拡大断面図であり、図13(b)は、第1ゲート絶縁層130の抗電圧Vc1と、第1トランジスタTR1の書き込み電圧(+Vw,-Vw)との関係を示す図であり、図13(c)は、第2ゲート絶縁層150の抗電圧Vc2と、第2トランジスタTR2のオン電圧Von及びオフ電圧Voffを示す図である。
 実施形態3に係るメモリー装置200bは、基本的には、実施形態1に係るメモリー装置200と同様の構成を有するが、図11及び図13(c)に示すように、第2ゲート絶縁層154(150)が強誘電体層からなる点で、実施形態1に係るメモリー装置200の場合と異なる。この場合、第2ゲート絶縁層154(150)の層厚は、第1ゲート絶縁層132(130)の層厚よりも薄い。
 このように、実施形態3に係るメモリー装置200bは、第2ゲート絶縁層154(150)が強誘電体層からなる点で、実施形態1に係るメモリー装置200の場合と異なるが、情報記憶用の第1トランジスタTR1及び情報読み出し/書き込み用の第2トランジスタTR2が、第1ゲート電極及び第2ゲート電極がそれぞれ別のゲート線に接続された状態で並列に接続された構造を有するため、実施形態1に係るメモリー装置200の場合と同様に、「書き込みディスターブ問題」及び「読み出しディスターブ問題」を発生させることのないメモリー装置となる。
 また、第1ゲート絶縁層132への情報の書き込みは、第1チャネル領域142と第1ゲート電極122との間に挟みこまれた強誘電体層への書き込みとなるため、安定した書き込み特性が得られる。
 実施形態3に係るメモリー装置200bにおいて、情報の書き込み及び読み出しは、以下のようにして行う。
 図14は、実施形態3に係るメモリー装置200bにおける情報書き込み動作を説明するために示す図である。図15は、実施形態3に係るメモリー装置200bにおける情報読み出し動作を説明するために示す図である。
 すなわち、情報書き込み時には、図14に示すように、非選択セルM0~M7に接続された第2ワード線WL0~WL7にオン電圧Vonを印加するとともに、選択セルM6に接続された第1ワード線WL6に第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1よりも高い第1書き込み電圧(Vw:Vw>Vc1)及び第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1に負号を付した電圧(-Vc1)よりも低い第2書き込み電圧(「-Vw」:「-Vw」<-Vc1)のいずれかを印加する。これにより、非選択セルM0~M7における第2トランジスタTR2はすべてオンになるため、第1トランジスタTR1を用いなくても、第2トランジスタTR2を通じて、選択セルM6の第2ドレイン端及び第2ソース端のそれぞれをビット線BL及びプレート線PLの電位と同じ接地電位にすることができるようになる。このため、非選択セルM0~M5,M7における第1トランジスタTR1が保持している情報を破壊することなく、選択セルM6に新たな情報を書き込むことができるようになる。その結果、実施形態3に用いる固体電子素子100b(及び実施形態3に係るメモリー装置200b)は、「書き込みディスターブ問題」を発生させることがない固体電子素子(及びメモリー装置)となる。
 また、情報読み出し時には、図15に示すように、非選択セルM0~M5,M7に接続された第2ワード線WL0~WL5,WL7にオン電圧Vonを印加するとともに、選択セルM6に接続された第2ワード線WL6にオフ電圧Voffを印加する。これにより、非選択セルM0~M5,M7における第2トランジスタTR2はすべてオンとなり、選択セルM6における第2トランジスタTR2はオフになるため、選択セルM6に保持されている情報を読み出すことができる。すなわち、ビット線BLとプレート線PLとの間に所定の電圧を印加しておけば、そのときに電流が流れるかどうかで、選択セルM6に書き込まれている情報が「1」なのか「0」なのかを判断することができ、それゆえ、選択セルM6に保持されている情報を読み出すことができるのである。そして、このとき、いずれの第2ワード線WL0~WL7も第1トランジスタTR1には接続されていないため、非選択セルM0~M5,M7及び選択セルM6におけるいずれの第1トランジスタTR1に対しても、保持する情報を破壊することがない。その結果、実施形態3に用いる固体電子素子100b(及び実施形態3に係るメモリー装置200b)は、「読み出しディスターブ問題」を発生させることがない固体電子素子(及びメモリー装置)となる。
 図16は、実施形態3に係るメモリー装置200bにおける情報書き込み時の駆動波形を示す図である。図16(a)は第2トランジスタTR2を駆動するための駆動波形を示す図であり、図16(b)は第1トランジスタTR1を駆動するための駆動波形を示す図である。
 図17は、実施形態3に係るメモリー装置200bにおける情報読み出し時の駆動波形を説明するために示す図である。図17(a)は第2トランジスタTR2を駆動するための駆動波形を示す図であり、図17(b)は第1トランジスタTR1を駆動するための駆動波形を示す図であり、図17(c)はドレイン電流を示す。
 実施形態3に係るメモリー装置200bにおいては、図16に示す駆動波形を用いて情報の書き込みを行うことができる。すなわち、図16(a)に示すように、すべてのメモリーセルM0~M7に接続された第2ワード線WL0~WL7に選択期間1のときにオン電圧Von(例えば+VW2)を印加する。このとき、第2ゲート絶縁層は強誘電体層からなるため、そのメモリー効果により、その後(選択期間2~8)第2トレンジスタTR2は常にオンとなる。また、図16(b)に示すように、その状態で、非選択セルM0~M5,M7に接続された第1ワード線WL0~WL5,WL7には、接地電位(例えば0V)を印加するとともに、選択セルM6に接続された第1ワード線WL6に第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1よりも高い第1書き込み電圧(Vw:Vw>Vc1)及び第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1に負号を付した電圧(-Vc1)よりも低い第2書き込み電圧(「-Vw」:「-Vw」<-Vc1)のいずれかを印加する。なお、非選択セルM0~M5,M7に接続された第1ワード線WL0~WL5,WL7には、第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1よりも低く第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1に負号を付した電圧(-Vc1)よりも高い電圧V(「-Vc1」<V<Vc1)を印加してもよい。また、選択セルM6に接続された第2ワード線WL6には、オフ電圧Voffを印加してよい。
 実施形態3に係るメモリー装置200bにおいては、上記のような駆動波形を各第1ワード線及び第2ワード線に与えることにより、少なくとも非選択セルM0~M5,M7における第2トランジスタTR2は、非選択期間中常にオンの状態となるため、第1トランジスタTR1を用いなくても、第2トランジスタTR2を通じて、選択セルM6の第2ドレイン端及び第2ソース端のそれぞれをビット線BL及びプレート線PLの電位と同じ接地電位にすることができる。このため、非選択セルM0~M5,M7における第1トランジスタTR1が保持している情報を破壊することなく、選択セルM6に新たな情報を書き込むことができるようになる。
 一方、実施形態3に係るメモリー装置200bにおいては、図17に示す駆動波形を用いて情報の読み出しを行うことができる。すなわち、メモリーセルM6に着目すると、まず、図17(a)を参照して、期間1において第2ワード線WL6にオン電圧Vonが与えられ、期間1中第2トランジスタTR2がオンになる。次に、期間2~6においてワード線WL6には0Vの電圧しか与えられないが、第2トランジスタTR2のメモリー効果により、第2トランジスタTR2は期間2~6中も引き続いてオンのままとなる。次に、期間7においてワード線WL6にオフ電圧Voffが与えられ、期間7中第2トランジスタTR2がオフになる。次に、期間8においてワード線WL6にはオン電圧Vonが与えられ、期間8中第2トランジスタTR2は再びオンになる。他のメモリーセルM0~M5,M7の場合も基本的にはほぼ同様の駆動波形を用いる。但し、メモリーセルM0の場合には、期間1が選択期間であるため、第2ワード線WL0には最初からオフ電圧Voffが与えられる。また、メモリーセルM7の場合には、期間8が期間1~8における最後の期間であるため、期間8において第2ワード線WL7にオフ電圧Voffが与えられた後、第2ワード線WL7にはオン電圧Vonが与えられない。また、図17(b)に示すように、各第1メモリーセルM0~M7に接続された第1ワード線WLには、0Vを印加する。なお、各第1メモリーセルM0~M7に接続された第1ワード線WLには、第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1よりも低く第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1に負号を付した電圧(-Vc1)よりも高い電圧V(「-Vc1」<V<Vc1)を印加してもよい。
 実施形態3に係るメモリー装置200bにおいては、上記のような駆動波形を各第1ワード線及び第2ワード線に与えることにより、ビット線とプレート線との間に図17(c)に示すようなドレイン電流が流れるようになるため、このドレイン電流の大きさを測定することにより各メモリーセルが保持している情報が「1」であるのか「0」であるのかを判断することができ、その結果、各メモリーセルに保持されている情報の読み出しを行うことができる。
 実施形態3に係るメモリー装置200bは、第2ゲート絶縁層154(150)が強誘電体層からなる点以外の点においては、実施形態1に係るメモリー装置200の場合と同様の構成を有するため、実施形態1に係るメモリー装置200が有する効果のうち該当する効果を有する。
[実施形態4]
 実施形態4に係るメモリー装置200cは、基本的には、実施形態1に係るメモリー装置200と同様の構成を有するが、第2トランジスタTR2がエンハンスメントタイプのトランジスタである点で、実施形態1に係るメモリー装置200の場合と異なる。
 実施形態4に係るメモリー装置200cにおいて、情報の書き込み及び読み出しは、実施形態1に係るメモリー装置200の場合と同様に、以下のようにして行う。
 図18は、実施形態4に係るメモリー装置200cにおける情報書き込み動作を説明するために示す図である。図19は、実施形態4に係るメモリー装置200cにおける情報読み出し動作を説明するために示す図である。
 すなわち、情報書き込み時には、図18に示すように、非選択セルM0~M7に接続された第2ワード線WL0~WL7にオン電圧Vonを印加するとともに、選択セルM6に接続された第1ワード線WL6に第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1よりも高い第1書き込み電圧(Vw:Vw>Vc1)及び第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1に負号を付した電圧(-Vc1)よりも低い第2書き込み電圧(「-Vw」:「-Vw」<-Vc1)のいずれかを印加する。これにより、非選択セルM0~M7における第2トランジスタTR2はすべてオンになるため、第1トランジスタTR1を用いなくても、第2トランジスタTR2を通じて、選択セルM6の第2ドレイン端及び第2ソース端のそれぞれをビット線BL及びプレート線PLの電位と同じ接地電位にすることができるようになる。このため、非選択セルM0~M5,M7における第1トランジスタTR1が保持している情報を破壊することなく、選択セルM6に新たな情報を書き込むことができるようになる。その結果、実施形態4に用いる固体電子素子100c(及び実施形態4に係るメモリー装置200c)は、「書き込みディスターブ問題」を発生させることがない固体電子素子(及びメモリー装置)となる。
 また、情報読み出し時には、図19に示すように、非選択セルM0~M5,M7に接続された第2ワード線WL0~WL5,WL7にオン電圧Vonを印加するとともに、選択セルM6に接続された第2ワード線WL6にオフ電圧Voffを印加する。これにより、非選択セルM0~M5,M7における第2トランジスタTR2はすべてオンとなり、選択セルM6における第2トランジスタTR2はオフになるため、選択セルM6に保持されている情報を読み出すことができる。すなわち、ビット線BLとプレート線PLとの間に所定の電圧を印加しておけば、そのときに電流が流れるかどうかで、選択セルM6に書き込まれている情報が「1」なのか「0」なのかを判断することができ、それゆえ、選択セルM6に保持されている情報を読み出すことができるのである。そして、このとき、いずれの第2ワード線WL0~WL7も第1トランジスタTR1には接続されていないため、非選択セルM0~M5,M7及び選択セルM6におけるいずれの第1トランジスタTR1に対しても、保持する情報を破壊することがない。その結果、実施形態4に用いる固体電子素子100c(及び実施形態4に係るメモリー装置200c)は、「読み出しディスターブ問題」を発生させることがない固体電子素子(及びメモリー装置)となる。
 図20は、実施形態4に係るメモリー装置200cにおける情報書き込み時の駆動波形を示す図である。図20(a)は第2トランジスタTR2を駆動するための駆動波形を示す図であり、図20(b)は第1トランジスタTR1を駆動するための駆動波形を示す図である。
 図21は、実施形態4に係るメモリー装置200cにおける情報読み出し時の駆動波形を説明するために示す図である。図21(a)は第2トランジスタTR2を駆動するための駆動波形を示す図であり、図21(b)は第1トランジスタTR1を駆動するための駆動波形を示す図であり、図21(c)はドレイン電流を示す。
 実施形態4に係るメモリー装置200cにおいては、図20に示す駆動波形を用いて情報の書き込みを行うことができる。すなわち、図20(a)に示すように、すべてのメモリーセルM0~M7に接続された第2ワード線WL0~WL7に全期間オン電圧Von(Von>0V)を印加する。また、図20(b)に示すように、その状態で、非選択セルM0~M5,M7に接続された第1ワード線WL0~WL5,WL7には、接地電位(例えば0V)を印加するとともに、選択セルM6に接続された第1ワード線WL6に第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1よりも高い第1書き込み電圧(Vw:Vw>Vc1)及び第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1に負号を付した電圧(-Vc1)よりも低い第2書き込み電圧(「-Vw」:「-Vw」<-Vc1)のいずれかを印加する。なお、非選択セルM0~M5,M7に接続された第1ワード線WL0~WL5,WL7には、第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1よりも低く第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1に負号を付した電圧(-Vc1)よりも高い電圧V(「-Vc1」<V<Vc1)を印加してもよい。また、選択セルM6に接続された第2ワード線WL6には、オフ電圧Voff(例えば0V)を印加してよい。
 実施形態4に係るメモリー装置200cにおいては、上記のような駆動波形を各第1ワード線及び第2ワード線に与えることにより、少なくとも非選択セルM0~M5,M7における第2トランジスタTR2は、非選択期間中常にオンの状態となるため、第1トランジスタTR1を用いなくても、第2トランジスタTR2を通じて、選択セルM6の第2ドレイン端及び第2ソース端のそれぞれをビット線BL及びプレート線PLの電位と同じ接地電位にすることができる。このため、非選択セルM0~M5,M7における第1トランジスタTR1が保持している情報を破壊することなく、選択セルM6に新たな情報を書き込むことができるようになる。
 一方、実施形態4に係るメモリー装置200cにおいては、図21に示す駆動波形を用いて情報の読み出しを行うことができる。すなわち、図21(a)に示すように、非選択セルM0~M5,M7に接続された第2ワード線WL0~WL5,WL7にオン電圧Von(Von>0V)を印加するとともに、選択セルM6に接続された第2ワード線WL6にオフ電圧Voff(例えば0V)を印加する。また、図21(b)に示すように、各第1メモリーセルM0~M7に接続された第1ワード線WL0~WL7には、0Vを印加する。なお、各第1メモリーセルM0~M7に接続された第1ワード線WL0~WL7には、第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1よりも低く第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1に負号を付した電圧(-Vc1)よりも高い電圧V(「-Vc1」<V<Vc1)を印加してもよい。
 実施形態4に係るメモリー装置200cにおいては、上記のような駆動波形を各第1ワード線及び第2ワード線に与えることにより、ビット線とプレート線との間に図21(c)に示すようなドレイン電流が流れるようになるため、このドレイン電流の大きさを測定することにより各メモリーセルが保持している情報が「1」であるのか「0」であるのかを判断することができ、その結果、各メモリーセルに保持されている情報の読み出しを行うことができる。
 実施形態4に係るメモリー装置200cは、第2トランジスタTR2がエンハンスメントタイプのトランジスタである点以外の点においては、実施形態1に係るメモリー装置200の場合と同様の構成を有するため、実施形態1に係るメモリー装置200が有する効果のうち該当する効果を有する。
 実施形態1~4に係るメモリー装置200~200c(及び固体電子素子100~100c)は、公知の薄膜形成技術及びフォトリソグライを用いて製造することができるし、液体材料(例えば、MOD(Metal Organic Decomposition)材料、ゾルゲル材料、ナノ粒子分散液体材料。)を用いるとともに型押し形成技術を用いて製造することもできる。
<実施形態3に係るメモリー装置200bの製造方法>
 実施形態1~4に係るメモリー装置200~200cの製造方法を、実施形態3に係るメモリー装置200bの製造方法を例にとって説明する。
 実施形態3に係るメモリー装置200bは、以下に示す第1工程~第5工程をこの順序で実施することにより製造することができる。以下、工程順に説明する。図22は、実施形態3に係るメモリー装置200bを製造する方法を説明するために示す図である。図22(a)~図22(f)は各工程図である。なお、図22(a)~図22(f)は、図12(b)に対応した図である。
(1)第1工程
 第1工程は、固体基板110の表面に第1ゲート電極層120を形成する工程である(図22(a)~図22(b)参照。)。
 図22(a)及び図22(b)に示すように、スパッタリング法及びフォトリソグラフィを用いて、「Si基板の表面にSiO層及びTi層を介してSTO(SrTiO)層を形成した絶縁性基板」からなる固体基板110の表面に白金(Pt)からなる第1ゲート電極層120を形成する。
 なお、第1工程においては、スパッタリング法及びフォトリソグラフィを用いて、固体基板110の表面に白金(Pt)からなる第1ゲ-ト電極層120を形成したが、真空蒸着法(例えばEB蒸着法)又はCVD法及びフォトリソグラフィを用いて、固体基板110の表面に白金(Pt)からなる第1ゲ-ト電極層120を形成してもよいし、白金材料を含有するゾルゲル溶液及び凹凸型による型押し成形技術を用いて、固体基板110の表面に白金(Pt)からなる第1ゲ-ト電極層120を形成してもよい。
(2)第2工程
 第2工程は、固体基板110及び第1ゲ-ト電極層120の表面に第1ゲート絶縁層130を形成する工程である(図22(c)参照。)。 
 図22(c)に示すように、スパッタリング法を用いて、固体基板110の表面上に第1ゲート電極層120を覆うようにPZTからなる層を形成し、その後、CMP法を用いて、当該PZTからなる層を研磨して、第1ゲート絶縁層130を形成する。
(3)第3工程
 第3工程は、第1ゲート絶縁層130の表面に、第1チャネル領域142、第2チャネル領域144及び第3チャネル領域146並びにこれらチャネル領域に連続する接続層を含む導電体層140を形成する工程である(図22(d)参照。)。
 図22(d)に示すように、スパッタリング法及びフォトリソグラフィを用いて、第1ゲート絶縁層130の表面に、第1チャネル領域142、第2チャネル領域144及び第3チャネル領域146並びにこれらチャネル領域に連続する接続層を含む導電体層140を形成する。導電体層140は、キャリア濃度が1×1018cm-3~1×1021cm-3の範囲内になるように構成されたインジウム錫酸化物(ITO)からなる酸化物導電体材料を用いる。
(4)第4工程
 第4工程は、第1ゲート絶縁層130並びに第1チャネル領域142、第2チャネル領域144及び第3チャネル領域146並びにこれらチャネル領域に連続する接続層を含む導電体層140の表面に、第2ゲート絶縁層150を形成する工程である(図22(e)参照。)。
 図22(e)に示すように、スパッタリング法を用いて、第1ゲート絶縁層130の表面上に上記した導電体層140を覆うように、PZTからなる層を形成し、その後、CMP法を用いて、当該PZTからなる層を研磨して、第2ゲート絶縁層150を形成する。
(5)第5工程
 第5工程は、第2ゲート絶縁層150の表面に、第2ゲート電極層160を形成する工程である(図22(f)参照。)。
 図22(f)に示すように、スパッタリング法及びフォトリソグラフィを用いて、第2ゲート絶縁層150の表面にアルミニウム(Al)からなる第2ゲート電極層160を形成する。
 なお、第5工程においては、スパッタリング法及びフォトリソグラフィを用いて、第2ゲート絶縁層150の表面にアルミニウム(Al)からなる第2ゲ-ト電極層160を形成したが、真空蒸着法(例えばEB蒸着法)又はCVD法及びフォトリソグラフィを用いて、第2ゲート絶縁層150の表面にアルミニウム(Al)からなる第2ゲ-ト電極層160を形成してもよいし、白金材料を含有するゾルゲル溶液及び凹凸型による型押し成形技術を用いて、第2ゲート絶縁層150の表面にアルミニウム(Al)からなる第2ゲ-ト電極層160を形成してもよい。
 以上のようにして、実施形態3に係るメモリー装置200bを製造することができる。
 なお、上記の製造方法において、第2ゲート絶縁層150としてPZTからなる層に代えてSiOからなる層を形成することにより、実施形態1に係るメモリー装置200を製造することができる。また、固体基板110の表面に、第2ゲート電極層160、第2ゲート絶縁層150、導電体層140、第1ゲート絶縁層130及び第1ゲート電極層120をこの順序で形成するとともに、第2ゲート絶縁層150としてPZTからなる層に代えてSiOからなる層を形成することにより、実施形態2に係るメモリー装置200aを製造することができる。また、第2ゲート絶縁層150としてPZTからなる層に代えてSiOからなる層を形成するとともに、導電体層140の不純物濃度や層厚を調整することにより、実施形態4に係るメモリー装置200cを製造することができる。
<実施形態3に係るメモリー装置200bの別の製造方法>
 実施形態3に係るメモリー装置200bは、以下に示す第1工程~第5工程をこの順序で実施することによっても製造することができる。但し、実施形態3に係るメモリー装置200bの別の製造方法においては、第1ゲート電極120及び第2ゲート電極層160をLNOからなる層により形成することとする。以下、実施形態3に係るメモリー装置200bの別の製造方法を、工程順に説明する。図23~図27は、実施形態3に係るメモリー装置200bを製造する別の方法を説明するために示す図である。図23(a)~図23(f)、図24(a)~図24(e)、図25(a)~図25(e)、図26(a)~図26(e)及び図27(a)~図27(f)は各工程図である。
(1)第1工程
 第1工程は、固体基板110の表面に第1ゲート電極層120を形成する工程である(図23参照。)。
 まず、熱処理することにより酸化ニッケルランタン(LaNiO)となる機能性液体材料を準備する。具体的には、金属無機塩(硝酸ランタン(六水和物)及び酢酸ニッケル(四水和物))を含有する溶液(溶媒:2ーメトキシエタノール)を準備する。
 次に、図23(a)及び図23(b)に示すように、「Si基板の表面にSiO層及びTi層を介してSTO(SrTiO)層を形成した絶縁性基板」からなる固体基板110における一方の表面に、スピンコート法を用いて機能性液体材料を塗布し(例えば、500rpm・25秒)、その後、固体基板110をホットプレート上に置き60℃で1分間乾燥させることにより、酸化ニッケルランタンの前駆体組成物層120’(層厚300nm)を形成する。
 次に、図23(c)~図23(e)に示すように、第1ゲート電極層120の段差に対応する段差を有する凹凸型M1を用いて、150℃で前駆体組成物層120’に対して型押し加工を施すことにより、前駆体組成物層120’に型押し構造を形成する。型押し加工を施すときの圧力は、5MPaとする。
 次に、前駆体組成物層120’を弱い条件で全面エッチングすることにより、第1ゲート電極層120に対応する領域以外の領域から前駆体組成物層120’を完全に除去する(全面エッチング工程)。全面エッチング工程は、ウェットエッチング技術(HF:HCl溶液)を用いて真空プロセスを用いることなく行う。
 最後に、前駆体組成物層120’をRTA装置を用いて高温で(650℃、10分間)熱処理することにより、図23(f)に示すように、前駆体組成物層120’から、酸化ニッケルランタン(LaNiO)からなる第1ゲート電極層120を形成する。
(2)第2工程
 第2工程は、固体基板110及び第1ゲート電極層120の表面に第1ゲート絶縁層130を形成する工程である(図24参照。)。
 図24(a)及び図24(b)に示すように、固体基板110の表面に、第1ゲート電極層120を覆うように、強誘電体材料の原料を含む溶液(例えば、PZTゾルゲル溶液)を塗布して強誘電体材料の原料を含む膜130’を形成する。
 次に、当該強誘電体材料の原料を含む膜130’を乾燥した後、図24(c)及び図24(d)に示すように、当該強誘電体材料の原料を含む膜130’に、平坦型M2を押し付けることにより、強誘電体材料の原料を含む膜130’を平坦化にする。
 次に、RTA装置を用いて強誘電体材料の原料を含む膜130’に熱処理を施して、図24(e)に示すように、第1ゲート絶縁層130を形成する。
(3)第3工程
 第3工程は、第1ゲート絶縁層130の表面に、第1チャネル領域142、第2チャネル領域144及び第3チャネル領域146並びにこれらチャネル領域142,144,146に連続する接続層を含む導電体層140を形成する工程である(図25参照。)。
 まず、図25(a)及び図25(b)に示すように、酸化物導電性材料の原料を含む溶液(例えば、ITOゾルゲル溶液)を第1ゲート絶縁層130の表面に塗布することにより酸化物導電性材料の原料を含む膜140’を形成する。なお、酸化物導電性材料の原料を含む溶液には、完成時に導電体層140のキャリア濃度が1×1018cm-3~1×1021cm-3の範囲内になるような濃度の不純物が添加されている。
 次に、酸化物導電性材料の原料を含む膜140’を乾燥した後、図25(c)~図25(d)に示すように、第1チャネル領域142、第2チャネル領域144及び第3チャネル領域146並びにこれらチャネル領域に連続する接続層に対応する領域が凹となるように形成された凹凸型M3を用いて、酸化物導電性材料の原料を含む膜140’に対して型押し成形加工を行う。このとき、第1チャネル領域142、第2チャネル領域144及び第3チャネル領域146の層厚が完成時に5nm~100nmの範囲内にある所定の層厚になるように酸化物導電体材料の原料を含む膜140’に対する型押し成形加工を行う。
 次に、当該酸化物導電体材料の原料を含む膜140’を弱い条件で全面エッチングすることにより、導電体層140に対応する領域以外の領域から当該酸化物導電体材料の原料を含む膜140’を完全に除去した後、RTA装置を用いて酸化物導電性材料の原料を含む膜140’に熱処理を施すことにより、図25(e)に示すように、第1チャネル領域142、第2チャネル領域144及び第3チャネル領域146並びにこれらチャネル領域142,144,146に連続する接続層を含む導電体層140を形成する。
(4)第4工程
 第4工程は、第1ゲート絶縁層130の表面に、第2ゲート絶縁層150を形成する工程である(図26参照。)。
 図26(a)及び図26(b)に示すように、第1ゲート絶縁層130の表面に、強誘電体材料の原料を含む溶液(例えば、PZTゾルゲル溶液)を塗布して強誘電体材料の原料を含む膜150’を形成する。
 次に、強誘電体材料の原料を含む膜150’を乾燥した後、図26(c)及び図26(d)に示すように、当該強誘電体材料の原料を含む膜150’に、フラットモールドM4を押し付けることにより、強誘電体材料の原料を含む膜150’を平坦化する。
 次に、RTA装置を用いて、強誘電体材料の原料を含む膜150’に熱処理を施して、第2ゲート絶縁層150を形成する。
(5)第5工程
 第5工程は、第2ゲート絶縁層150の表面に第2ゲート電極層160を形成する工程である(図27参照。)。
 まず、熱処理することにより酸化ニッケルランタン(LaNiO)となる機能性液体材料を準備する。具体的には、金属無機塩(硝酸ランタン(六水和物)及び酢酸ニッケル(四水和物))を含有する溶液(溶媒:2ーメトキシエタノール)を準備する。
 次に、図27(a)及び図27(b)に示すように、第2ゲート絶縁層150における一方の表面に、スピンコート法を用いて機能性液体材料を塗布し(例えば、500rpm・25秒)、その後、固体基板110をホットプレート上に置き60℃で1分間乾燥させることにより、酸化ニッケルランタンの前駆体組成物層160’(層厚300nm)を形成する。
 次に、図27(c)~図27(e)に示すように、第2ゲート電極層160の段差に対応する段差を有する凹凸型M5用いて、150℃で前駆体組成物層160’に対して型押し加工を施すことにより、前駆体組成物層160’に型押し構造を形成する。型押し加工を施すときの圧力は、5MPaとする。
 次に、前駆体組成物層160’を弱い条件で全面エッチングすることにより、第2ゲート電極160に対応する領域以外の領域から前駆体組成物層160’を完全に除去する(全面エッチング工程)。全面エッチング工程は、ウェットエッチング技術(HF:HCl溶液)を用いて真空プロセスを用いることなく行う。
 最後に、前駆体組成物層160’をRTA装置を用いて高温で(650℃、10分間)熱処理することにより、図27(f)に示すように、前駆体組成物層160’から、酸化ニッケルランタンからなる第2ゲート電極160’を形成する。
 以上のようにして、実施形態3に係るメモリー装置200bを製造することができる。この場合、液体材料を用いて真空プロセスを用いることなく、実施形態3に係るメモリー装置200bを製造することができる。
 なお、上記の製造方法において、第2ゲート絶縁層150としてPZTからなる層に代えてBZNからなる層を形成することにより、実施形態1に係るメモリー装置200を製造することができる。この場合において、BZNからなる層は、BZTゾルゲル溶液を用いて形成することができる。
 また、固体基板110の表面に、第2ゲート電極層160、第2ゲート絶縁層150、導電体層140、第1ゲート絶縁層130及び第1ゲート電極層120をこの順序で形成するとともに、第2ゲート絶縁層150としてPZTからなる層に代えてBZNからなる層を形成することにより、実施形態2に係るメモリー装置200aを製造することができる。
 また、第2ゲート絶縁層150としてPZTからなる層に代えてBZNからなる層を形成するとともに、導電体層140の不純物濃度や層厚を調整することにより、実施形態4に係るメモリー装置200cを製造することができる。
[実施形態5]
 図28は、実施形態5に係るメモリー装置200dを説明するために示す図である。図28(a)はメモリー装置200dの平面図であり、図28(b)は図28(a)のA1-A1断面図であり、図28(c)は図28(a)のA2-A2断面図であり、図28(d)は図28(a)のA3-A3断面図であり、図28(e)は図28(a)のA4-A4断面図である。なお、図28中、符号170は抵抗低減用金属層を示す。
 図29は、実施形態5に係るメモリー装置200dを説明するために示す図である。図29(a)は、図29(d)の符号Rで囲まれた部分(実施形態5に用いる固体電子素子100d)の拡大断面図であり、図29(b)は、第1ゲート絶縁層132(130)の抗電圧Vc1と、第1トランジスタTR1の書き込み電圧(+Vw,-Vw)との関係を示す図である。
 実施形態5に係るメモリー装置200dは、基本的には、実施形態1に係るメモリー装置200と同様の構成を有するが、図28及び図29に示すように、固体電子素子が、第1トランジスタTR1及び第2トランジスタTR2が平面内で分離された、いわゆる平面分離型の固体電子素子である点で、実施形態1に係るメモリー装置200の場合と異なる。
 すなわち、実施形態5に用いる固体電子素子100dは、第2ゲート絶縁層134が、第1ゲート絶縁層132と同層の強誘電体層からなり、第1トランジスタTR1及び第2トランジスタTR2が、固体基板110における一方の表面上に、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124を構成するゲート電極層120a,120bと、第1ゲート絶縁層132と第2ゲート絶縁層134とを構成するゲート絶縁層130と、第1チャネル領域142及び第2チャネル領域144を構成する導電体層140とがこの順序で形成された構造を有する、いわゆる平面分離型の固体電子素子(ボトムゲートタイプ)である。
 このように、実施形態5に係るメモリー装置200dは、第1トランジスタTR1及び第2トランジスタTR2が平面内で分離されている点で、実施形態1に係るメモリー装置200の場合と異なるが、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124がそれぞれ別のゲート線(第1ワード線120a,第2ワード線120b)に接続された状態で並列に接続された構造を有するため、実施形態1に係るメモリー装置200の場合と同様に、「書き込みディスターブ問題」及び「読み出しディスターブ問題」を発生させることのないメモリー装置となる。
 なお、実施形態5に係るメモリー装置200dは、固体電子素子(第1トランジスタTR1及び第2トランジスタTR2)が平面分離型の固体電子素子である点以外の点においては、実施形態1に係るメモリー装置200の場合と同様の構成を有するため、実施形態1に係るメモリー装置200が有する効果のうち該当する効果を有する。
[実施形態6]
 図30は、実施形態6に係るメモリー装置200eを説明するために示す図である。図30(a)はメモリー装置200eの平面図であり、図30(b)は図30(a)のA1-A1断面図であり、図30(c)は図30(a)のA2-A2断面図であり、図30(d)は図30(a)のA3-A3断面図であり、図30(e)は図30(a)のA4-A4断面図である。
 図31は、実施形態6に係るメモリー装置200eを説明するために示す図である。図31(a)は、図31(d)の符号Rで囲まれた部分(実施形態6に用いる固体電子素子100e)の拡大断面図であり、図31(b)は、第1ゲート絶縁層132(130)の抗電圧Vc1と、第1トランジスタTR1の書き込み電圧(+Vw,-Vw)との関係を示す図である。
 実施形態6に係るメモリー装置200eは、基本的には、実施形態5に係るメモリー装置200d同様に、固体電子素子が平面分離型の固体電子素子であるが、図30及び図31に示すように、固体電子素子がトップゲートタイプである点で、実施形態5に係るメモリー装置200dの場合と異なる。
 すなわち、実施形態6に用いる固体電子素子100eは、第2ゲート絶縁層134が、第1ゲート絶縁層132と同層の強誘電体層からなり、第1トランジスタTR1及び第2トランジスタTR2が、固体基板110における一方の表面上に、第1チャネル領域142及び第2チャネル領域144を構成する導電体層140と、第1ゲート絶縁層132と第2ゲート絶縁層134とを構成するゲート絶縁層130と、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124を構成するゲート電極層120a,120bとがこの順序で形成された構造を有する、いわゆる平面分離型(トップゲート)の固体電子素子である。
 このように、実施形態6に係るメモリー装置200eは、固体電子素子100eがトップゲート構造を有する点で、実施形態5に係るメモリー装置200dの場合と異なるが、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124がそれぞれ別のゲート線120a,120bに接続された状態で並列に接続された構造を有するため、実施形態5に係るメモリー装置200dの場合と同様に、「書き込みディスターブ問題」及び「読み出しディスターブ問題」を発生させることのないメモリー装置となる。
 なお、実施形態6に係るメモリー装置200eは、固体電子素子100eがトップゲート構造を有する点以外の点においては、実施形態5に係るメモリー装置200dの場合と同様の構成を有するため、実施形態5に係るメモリー装置200dが有する効果のうち該当する効果を有する。
 なお、実施形態5及び6に係るメモリー装置200d,200e(及び固体電子素子100d,100e)は、実施形態1~4に係るメモリー装置200,200a~200c(及び固体電子素子100,100a~100c)の場合と同様に、公知の薄膜形成技術及びフォトリソグライを用いて製造することができるし、液体材料(例えば、MOD(Metal Organic Decomposition)材料、ゾルゲル材料、ナノ粒子分散液体材料。)を用いるとともに型押し形成技術を用いて製造することもできる。
<実施形態5に係るメモリー装置200dの製造方法>
 実施形態5及び6に係るメモリー装置200d,200eの製造方法を、実施形態5に係るメモリー装置200dの製造方法を例にとって説明する。
 実施形態5に係るメモリー装置200dは、以下に示す第1工程~第4工程をこの順序で実施することにより製造することができる。以下、工程順に説明する。図32は、実施形態5に係るメモリー装置200dを製造する方法を説明するために示す図である。図32(a)~図32(e)は各工程図である。
(1)第1工程
 第1工程は、固体基板110の表面にゲート電極層(第1ゲート線120a、第2ゲート線120b、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124)を形成する工程である(図32(a)~図32(b)参照。)。
 図32(a)及び図32(b)に示すように、スパッタリング法及びフォトリソグラフィを用いて、「Si基板の表面にSiO層及びTi層を介してSTO(SrTiO)層を形成した絶縁性基板」からなる固体基板110の表面に、白金(Pt)からなるゲート電極層(第1ゲート線120a、第2ゲート線120b、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124)を形成する。
 なお、第1工程においては、スパッタリング法及びフォトリソグラフィを用いて、固体基板110の表面に白金(Pt)からなるゲ-ト電極層を形成したが、真空蒸着法(例えばEB蒸着法)又はCVD法及びフォトリソグラフィを用いて、固体基板110の表面に白金(Pt)からなるゲ-ト電極層を形成してもよいし、白金材料を含有するゾルゲル溶液及び凹凸型による型押し成形技術を用いて、固体基板110の表面に白金(Pt)からなるゲ-ト電極層を形成してもよい。
(2)第2工程
 第2工程は、固体基板110及びゲ-ト電極層120a,120b,122,124の表面にゲート絶縁層130を形成する工程である(図32(c)参照。)。 
 図32(c)に示すように、スパッタリング法を用いて、固体基板110の表面上にゲート電極層(第1ゲート線120a、第2ゲート線120b、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124)を覆うようにPZTからなる層を形成し、その後、CMP法を用いて、当該PZTからなる層を研磨して、ゲート絶縁層130を形成する。
(3)第3工程
 第3工程は、ゲート絶縁層130の表面に、第1チャネル領域142、第2チャネル領域144及び第3チャネル領域146並びにこれらチャネル領域に連続する接続層を含む導電体層140を形成する工程である(図32(d)参照。)。
 図32(d)に示すように、スパッタリング法及びフォトリソグラフィを用いて、ゲート絶縁層130の表面に、第1チャネル領域142、第2チャネル領域144及び第3チャネル領域146並びにこれらチャネル領域に連続する接続層を含む導電体層140を形成する。導電体層140は、キャリア濃度が1×1018cm-3~1×1021cm-3の範囲内になるように構成されたインジウム錫酸化物(ITO)からなる酸化物導電体材料を用いる。
(4)第4工程
 第4工程は、導電体層140の表面所定領域に、抵抗低減用金属層170を形成する工程である(図32(e)参照。)。
 図32(e)に示すように、導電体層140における接続層のうち、第1ゲ-ト電極線又は第2ゲート線120bと交差する領域に抵抗低減用金属層170を形成する。
 以上のようにして、実施形態5に係るメモリー装置200dを製造することができる。
 なお、上記の製造方法において、固体基板110の表面に、抵抗低減用金属層170、導電体層140、ゲート絶縁層130及びゲート電極層(第1ゲート線120a、第2ゲート線120b、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124)をこの順序で形成することにより、実施形態6に係るメモリー装置200eを製造することができる。
<実施形態5に係るメモリー装置200dの別の製造方法>
 実施形態5に係るメモリー装置200dは、以下に示す第1工程~第4工程をこの順序で実施することにより製造することもできる。但し、実施形態5に係るメモリー装置200dの別の製造方法においては、ゲート電極層(第1ゲート線120a、第2ゲート線120b、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124)並びに抵抗低減用金属層170を酸化ニッケルランタン(LaNiO)からなる層により形成することとする。以下、実施形態5に係るメモリー装置200dの別の製造方法を、工程順に説明する。図33~図35は、実施形態5に係るメモリー装置200dを製造する別の方法を説明するために示す図である。図33(a)~図33(f)、図34(a)~図34(e)及び図35(a)~図35(f)は各工程図である。
(1)第1工程
 第1工程は、固体基板110の表面に、ゲート電極層(第1ゲート線120a、第2ゲート線120b、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124)を形成する工程である(図33参照。)。
 まず、熱処理することにより酸化ニッケルランタン(LaNiO)となる機能性液体材料を準備する。具体的には、金属無機塩(硝酸ランタン(六水和物)及び酢酸ニッケル(四水和物))を含有する溶液(溶媒:2ーメトキシエタノール)を準備する。
 次に、図33(a)及び図33(b)に示すように、「Si基板の表面にSiO層及びTi層を介してSTO(SrTiO)層を形成した絶縁性基板」からなる固体基板110における一方の表面に、スピンコート法を用いて機能性液体材料を塗布し(例えば、500rpm・25秒)、その後、固体基板110をホットプレート上に置き60℃で1分間乾燥させることにより、酸化ニッケルランタンの前駆体組成物層120’(層厚300nm)を形成する。
 次に、図33(c)~図33(e)に示すように、ゲート電極層(第1ゲート線120a、第2ゲート線120b、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124)の段差に対応する段差を有する凹凸型M6を用いて、150℃で前駆体組成物層120’に対して型押し加工を施すことにより、前駆体組成物層120’に型押し構造を形成する。型押し加工を施すときの圧力は、5MPaとする。
 次に、前駆体組成物層120’を弱い条件で全面エッチングすることにより、ゲート電極層(第1ゲート線120a、第2ゲート線120b、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124)に対応する領域以外の領域から前駆体組成物層120’を完全に除去する(全面エッチング工程)。全面エッチング工程は、ウェットエッチング技術(HF:HCl溶液)を用いて真空プロセスを用いることなく行う。
 最後に、前駆体組成物層120’をRTA装置を用いて高温で(650℃、10分間)熱処理することにより、図33(f)に示すように、前駆体組成物層120’から、酸化ニッケルランタンからなるゲート電極層(第1ゲート線120a、第2ゲート線120b、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124)を形成する。
(2)第2工程
 第2工程は、固体基板110及びゲート電極層(第1ゲート線120a、第2ゲート線120b、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124)の表面にゲート絶縁層130を形成する工程である(図34参照。)。
 図34(a)及び図34(b)に示すように、固体基板110の表面に、ゲート電極層(第1ゲート線120a、第2ゲート線120b、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124)を覆うように、強誘電体材料の原料を含む溶液(例えば、PZTゾルゲル溶液)を塗布して強誘電体材料の原料を含む膜130’を形成する。
 次に、当該強誘電体材料の原料を含む膜130’を乾燥した後、図34(c)及び図34(d)に示すように、当該強誘電体材料の原料を含む膜130’に、平坦型M7を押し付けることにより、強誘電体材料の原料を含む膜130’を平坦化する。
 次に、RTA装置を用いて、強誘電体材料の原料を含む膜130’に熱処理を施して、ゲート絶縁層130を形成する。
(3)第3工程
 第3工程は、ゲート絶縁層130の表面に、第1チャネル領域142、第2チャネル領域144及び第3チャネル領域146並びにこれらチャネル領域142,144,146に連続する接続層を含む導電体層140を形成する工程である(図35(a)~図35(e)参照。)。
 まず、図35(a)及び図35(b)に示すように、酸化物導電性材料の原料を含む溶液(例えば、ITOゾルゲル溶液)をゲート絶縁層130の表面に塗布することにより酸化物導電性材料の原料を含む膜140’を形成する。なお、酸化物導電性材料の原料を含む溶液には、完成時に導電体層140のキャリア濃度が1×1018cm-3~1×1021cm-3の範囲内になるような濃度の不純物が添加されている。
 次に、酸化物導電性材料の原料を含む膜140’を乾燥した後、図35(c)~図35(d)に示すように、第1チャネル領域142、第2チャネル領域144及び第3チャネル領域146並びにこれらチャネル領域に連続する接続層に対応する領域が凹となるように形成された凹凸型M8を用いて、酸化物導電性材料の原料を含む膜140’に対して型押し成形加工を行う。このとき、第1チャネル領域142、第2チャネル領域144及び第3チャネル領域146の層厚が完成時に5nm~100nmの範囲内にある所定の層厚になるように酸化物導電体材料の原料を含む膜140’に対する型押し成形加工を行う。
 次に、当該酸化物導電体材料の原料を含む膜140’を弱い条件で全面エッチングすることにより、導電体層140に対応する領域以外の領域から当該酸化物導電体材料の原料を含む膜140’を完全に除去した後、RTA装置を用いて、酸化物導電性材料の原料を含む膜140’に熱処理を施すことにより、図35(e)に示すように、第1チャネル領域142、第2チャネル領域144及び第3チャネル領域146並びにこれらチャネル領域142,144,146に連続する接続層を含む導電体層140を形成する。なお、第1チャネル領域142と第2チャネル領域144とは、分離されている。
(4)第4工程
 第4工程は、導電体層140の表面所定領域に、抵抗低減用金属層170を形成する工程である(図35(f)参照。)。
 図35(f)に示すように、導電体層140における接続層のうち、第1ゲ-ト線120a又は第2ゲート線120bと交差する領域に抵抗低減用金属層170を形成する。抵抗低減用金属層170の形成は、以下に示す方法により行う。
 まず、熱処理することにより酸化ニッケルランタン(LaNiO)となる機能性液体材料を準備する。具体的には、金属無機塩(硝酸ランタン(六水和物)及び酢酸ニッケル(四水和物))を含有する溶液(溶媒:2ーメトキシエタノール)を準備する。
 次に、ゲート絶縁層130及び導電体層140表面に、スピンコート法を用いて機能性液体材料を塗布し(例えば、500rpm・25秒)、その後、固体基板110をホットプレート上に置き60℃で1分間乾燥させることにより、酸化ニッケルランタンの前駆体組成物層170’(層厚300nm)を形成する。
 次に、抵抗低減用金属層170の段差に対応する段差を有する凹凸型を用いて、150℃で前駆体組成物層170’に対して型押し加工を施すことにより、前駆体組成物層170’に型押し構造を形成する。型押し加工を施すときの圧力は、5MPaとする。
 次に、前駆体組成物層170’を弱い条件で全面エッチングすることにより、抵抗低減用金属層170に対応する領域以外の領域から前駆体組成物層170’を完全に除去する(全面エッチング工程)。全面エッチング工程は、ウェットエッチング技術(HF:HCl溶液)を用いて真空プロセスを用いることなく行う。
 最後に、前駆体組成物層170’をRTA装置を用いて高温で(650℃、10分間)熱処理することにより、図33(f)に示すように、前駆体組成物層170’から、酸化ニッケルランタンからなる抵抗低減用金属層170を形成する。
 以上のようにして、実施形態5に係るメモリー装置200dを製造することができる。この場合、液体材料を用いて真空プロセスを用いることなく、実施形態5に係るメモリー装置200dを製造することができる。
 なお、上記の製造方法において、固体基板110の表面に、抵抗低減用金属層170、導電体層140、ゲート絶縁層130及びゲート電極層(第1ゲート線120a、第2ゲート線120b、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124)をこの順序で形成することにより、実施形態6に係るメモリー装置200eを製造することができる。この場合、型押し成形技術を用いて固体基板110の所定領域に凹部を設けるとともに、当該凹部に抵抗低減用金属層170を構成する材料を埋め込むことによって抵抗低減用金属層170を形成してもよい。
[実施形態7]
 図36は、実施形態7に係るメモリー装置200fを説明するために示す図である。図36(a)はメモリー装置200fの平面図であり、図36(b)は図36(a)のA1-A1断面図であり、図36(c)は図36(a)のA2-A2断面図であり、図36(d)は図36(a)のA3-A3断面図である。なお、符号180は半導体基板を示し、符号182はソース領域を示し、符号184はソース領域/ドレイン領域を示し、符号186はドレイン領域を示す。
 図37は、実施形態7に係るメモリー装置200fを説明するために示す図である。図37(a)は、図36(c)の符号Rで囲まれた部分(実施形態7に用いる固体電子素子100f)の拡大断面図であり、図36(b)は第1ゲート絶縁層132(130)の抗電圧Vc1と、第1トランジスタTR1の書き込み電圧(+Vw,-Vw)との関係を示す図である。
 実施形態7に係るメモリー装置200fは、基本的には、実施形態6に係るメモリー装置200eと同様にトップゲート構成を有するが、図36及び図37に示すように、第1トランジスタTR1、第2トランジスタTR2及び第3トランジスタTR3が、半導体基板180の表面に形成されたMFS(Metal-Ferroelectric-Semiconductor)型のトランジスタからなる点で、実施形態6に係るメモリー装置200eの場合と異なる。
 すなわち、実施形態7に係るメモリー装置200fにおいては、第1チャネル領域142及び第2チャネル領域144は、半導体基板180の表面に形成された所定のソース領域182、所定のソース領域/ドレイン領域184及び所定のドレイン領域186のうちいずれか2つの領域の間に位置し、第1ゲート絶縁層132は、第1チャネル領域142を覆うように形成され、第2ゲート絶縁層134は、第2チャネル領域144を覆うように形成され、第1ゲート電極122は、第1ゲート絶縁層132を介して第1チャネル領域142に対向するように形成され、第2ゲート電極124は、第2ゲート絶縁層134を介して第2チャネル領域144に対向するように形成されている。
 このように、実施形態7に係るメモリー装置200fは、第1トランジスタTR1、第2トランジスタTR2及び第3トランジスタTR3が、半導体基板180の表面に形成されたMFS型のトランジスタからなる点で、実施形態6に係るメモリー装置200eの場合と異なるが、情報記憶用の第1トランジスタTR1及び情報読み出し/書き込み用の第2トランジスタTR2が、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124がそれぞれ別のゲート線120a,120bに接続された状態で並列に接続された構造を有するため、実施形態6に係るメモリー装置200eの場合と同様に、NAND型メモリー装置のメモリーセルに用いる場合に「書き込みディスターブ問題」及び「読み出しディスターブ問題」を発生させることのないメモリー装置となる。
 また、実施形態7に係るメモリー装置200fによれば、一般的な半導体プロセスを用いて安価な製造コストでメモリー装置を製造することができるという効果も得られる。
 なお、実施形態7に係るメモリー装置200fは、第1トランジスタTR1、第2トランジスタTR2及び第3トランジスタTR3が、半導体基板180の表面に形成されたMFS型のトランジスタからなる点以外の点においては、実施形態6に係るメモリー装置200eの場合と同様の構成を有するため、実施形態6に係るメモリー装置200eが有する効果のうち該当する効果を有する。
[実施形態8]
 図38は、実施形態8に係るメモリー装置200g(図示せず)を説明するために示す図である。図38においては、実施形態8に係るメモリー装置200gを構成する固体電子素子100gの要部断面を拡大して示す。
 実施形態8に係るメモリー装置200gは、基本的には、実施形態7に係るメモリー装置200fと同様の構成を有するが、図38に示すように、第1トランジスタTR1、第2トランジスタTR2及び第3トランジスタTR3が、半導体基板180の表面に形成されたMFIS(Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor)型のトランジスタからなる点で、実施形態7に係るメモリー装置200fの場合と異なる。
 すなわち、実施形態8に係るメモリー装置200gにおいては、第1チャネル領域142及び第2チャネル領域144と、第1ゲート絶縁層132及び第2ゲート絶縁層134との間には、常誘電体バッファ層190が形成されている。
 このように、実施形態8に係るメモリー装置200gは、第1トランジスタTR1、第2トランジスタTR2及び第3トランジスタTR3が、半導体基板170の表面に形成されたMFIS型のトランジスタからなる点で、実施形態7に係るメモリー装置200fの場合と異なるが、情報記憶用の第1トランジスタTR1及び情報読み出し/書き込み用の第2トランジスタTR2が、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124がそれぞれ別のゲート線120a,120bに接続された状態で並列に接続された構造を有するため、実施形態7に係るメモリー装置200fの場合と同様に、NAND型メモリー装置のメモリーセルに用いる場合に「書き込みディスターブ問題」及び「読み出しディスターブ問題」を発生させることのないメモリー装置となる。
 また、実施形態8に係るメモリー装置200gによれば、半導体基板180(例えばSi)と、第1ゲート絶縁層132及び第2ゲート絶縁層134を構成する強誘電体層(例えばPZT)との間で生じることがある「望ましくない相互拡散現象」を抑制することができるという効果も得られる。
 なお、実施形態8に係るメモリー装置200gは、第1トランジスタTR1、第2トランジスタTR2及び第3トランジスタTR3が、半導体基板180の表面に形成されたMFIS型の固体電子素子からなる点以外の点においては、実施形態7に係るメモリー装置200fの場合と同様の構成を有するため、実施形態7に係るメモリー装置200fが有する効果のうち該当する効果を有する。
[実施形態9]
 図39は、実施形態9に係るメモリー装置200h(図示せず)を説明するために示す図である。図39においては、実施形態9に係るメモリー装置200hを構成する固体電子素子100hの要部断面を拡大して示す。
 実施形態9に係るメモリー装置200hは、基本的には、実施形態8に係るメモリー装置200gと同様の構成を有するが、図39に示すように、第1トランジスタTR1、第2トランジスタTR2及び第3トランジスタTR3が、半導体基板180の表面に形成されたMFMIS(Metal-Ferroelectric-Metal-Insulator-Semiconductor)型の固体電子素子からなる点で、実施形態8に係るメモリー装置200gの場合と異なる。
 すなわち、実施形態9に係るメモリー装置200hにおいては、常誘電体バッファ層190と、第1ゲート絶縁層132及び第2ゲート絶縁層134との間には、浮遊電極192が形成されている。
 このように、実施形態9に係るメモリー装置200hは、第1トランジスタTR1、第2トランジスタTR2及び第3トランジスタTR3が、半導体基板180の表面に形成されたMFMIS型の固体電子素子からなる点で、実施形態8に係るメモリー装置200gの場合と異なるが、情報記憶用の第1トランジスタTR1及び情報読み出し/書き込み用の第2トランジスタTR2が、第1ゲート電極122及び第2ゲート電極124がそれぞれ別のゲート線120a,120bに接続された状態で並列に接続された構造を有するため、実施形態8に係るメモリー装置200gの場合と同様に、NAND型メモリー装置のメモリーセルに用いる場合に「書き込みディスターブ問題」及び「読み出しディスターブ問題」を発生させることのないメモリー装置となる。
 また、実施形態9に係るメモリー装置200hによれば、ゲート絶縁層130によるキャパシタと、常誘電体バッファ層190によるキャパシタの面積を任意に調整することで、残留分極量が大きいゲート絶縁層132,134(130)と、残留分極量が小さい半導体基板180との間の電荷ミスマッチを緩和することができるという効果も得られる。
 なお、実施形態9に係るメモリー装置200hは、第1トランジスタTR1、第2トランジスタTR2及び第3トランジスタTR3が、半導体基板180の表面に形成されたMFMIS型の固体電子素子からなる点以外の点においては、実施形態8に係るメモリー装置200gの場合と同様の構成を有するため、実施形態8に係るメモリー装置200gが有する効果のうち該当する効果を有する。
 上記実施形態6~8においては、メモリー装置200f~200h(及び固体電子素子100f~100h)を一般的な半導体プロセスを用いて製造することができるが、ゲート絶縁層、ゲート電極層、常誘電体バッファ層及び浮遊電極については、液体材料(例えば、MOD(Metal Organic Decomposition)材料、ゾルゲル材料、ナノ粒子分散液体材料。〉を用いて形成することもできる。
[試験例]
 以下、試験例により本発明をさらに詳細に説明する。
 試験例は、第1トランジスタTR1と第2トランジスタTR2との分離構造が積層分離型であるメモリー装置を用いて所定の選択セルに対して情報の書き込みを行うときには、「選択セルに接続された第2ワード線をフローティング状態にするのではなく、当該第2ワード線に接地電位を与える」ことが好ましいことを示す試験例である。
1.メモリー装置
 実施形態1に係るメモリー装置200における固体電子素子100と同様の構造を有する固体電子素子を用いて試験を行った。
2.評価方法
 以下の書き込み方法1及び2に従って、上記した固体電子素子に対して情報の書き込みを行った。すなわち、書き込み方法1においては、固体電子素子のソース端(第1ソース端及び第2ソース端)及びドレイン端(第1ドレイン端及び第2ドレイン端)に接地電位を与えた状態で、第2ゲート電極をフローティング状態にするとともに、第1ゲート電極には正又は負の書き込み電圧(Vw=±8V)を与えた。また、書き込み方法2においては、固体電子素子のソース端(第1ソース端及び第2ソース端)及びドレイン端(第1ドレイン端及び第2ドレイン端)に接地電位を与えた状態で、第2ゲート電極には接地電位を与え、第1ゲート電極には正又は負の書き込み電圧(Vw=±8V)を与えた。なお、書き込み方法1においても書き込み方法2においても書き込みパルスのパルス幅を5×10-6秒~5×10-1秒(5μsec~500msec)の範囲で変化させた。
 その後、固体電子素子のソース端(第1ソース端及び第2ソース端)とドレイン端(第1ドレイン端及び第2ドレイン端)との間に所定の読み出し電位を与えたときに流れるドレイン電流を測定した。
3.評価結果
 図40は、試験例の結果を示す図である。
 図40から分かるように、書き込み方法2においては、書き込み方法1においてよりも短いパルス幅の場合であっても大きなS/N比が得られた。すなわち、書き込み方法2においては、書き込み方法1においてよりも選択セルに対して高速に情報を書き込むことが可能であることが明らかとなった。
 以上、本発明のメモリーセルブロック及びその製造方法、メモリー装置並びにメモリー装置の駆動方法を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
(1)上記各実施形態においては、固体電子素子をNAND型メモリーに適用したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、固体電子素子をスイッチ回路その他の電子回路に適用することもできる。
(2)上記実施形態1~6においては、固体基板110として、例えばSi基板の表面にSiO層及びTi層を介してSTO(SrTiO)層を形成した絶縁性基板を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えばSiO基板からなる絶縁性基板その他の絶縁性基板を用いることもできる。
(3)上記実施形態1~6においては、第1ゲート電極層120として、例えばPtを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、石英ガラス基板、SiO/Si基板、アルミナ(Al)基板、SRO(SrRuO)基板又はSTO(SrTiO)基板からなる絶縁性基板、Si基板、SiC基板等の半導体基板を用いることもできる。
(4)上記実施形態1~6においては、第1ゲート電極層120として例えばPtを用い、第2ゲート電極層160として例えばAlを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。第1ゲート電極層120又は第2ゲート電極層160として、例えば、Au、Ag、Al、Ti、ITO、In3、Sb-In、Nb-TiO、ZnO、Al-ZnO、酸化ニッケルランタン(LaNiO)、Ga-ZnO、IGZO、RuO及びIrO並びにNb-STO、SrRuO、LaNiO、BaPbO、LSCO、LSMO、YBCOその他のペロブスカイト型導電性酸化物を用いることができる。また、パイロクロア型導電性酸化物及びアモルファス導電性酸化物を用いることもできる。
(5)上記実施形態1~6においては、第1ゲート絶縁層130に用いる強誘電体材料として、例えばPZT(Pb(Zr,Ti1-x)O)を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、NbドープPZT、LaドープPZT、チタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸鉛(PbTiO)、BTO(BiTi12)、BLT(Bi4-xLaTi12)、SBT(SrBiTa)、BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5)又はビスマスフェライト(BiFeO)を用いることができる。
(6)上記実施形態1~6においては、導電体層140として、例えばインジウム錫酸化物(ITO)からなる酸化物導電体を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、酸化インジウム(In)、アンチモンドープ酸化錫(Sb-SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(Al-ZnO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(Ga-ZnO)、酸化ルテニウム(RuO)、酸化イリジウム(IrO)、酸化錫(SnO)、一酸化錫SnO、ニオブドープ二酸化チタン(Nb-TiO)などの酸化物導電体材料を用いることができる。また、インジウムガリウム亜鉛複合酸化物(IGZO)、ガリウムドープ酸化インジウム(In-Ga-O(IGO))、インジウムドープ酸化亜鉛(In-Zn-O(IZO))などのアモルファス導電性酸化物を用いることができる。また、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、ニオブドープチタン酸ストロンチウム(Nb-SrTiO)、ストロンチウムバリウム複合酸化物(SrBaO)、ストロンチウムカルシウム複合酸化物(SrCaO)、ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO)、酸化ニッケルランタン(LaNiO)、酸化チタンランタン(LaTiO)、酸化銅ランタン(LaCuO)、酸化ニッケルネオジム(NdNiO)、酸化ニッケルイットリウム(YNiO)、酸化ランタンカルシウムマンガン複合酸化物(LCMO)、鉛酸バリウム(BaPbO)、LSCO(LaSr1-xCuO)、LSMO(La1-xSrMnO)、YBCO(YBaCu7-x)、LNTO(La(NI1-xTi)O)、LSTO((La1-x,Sr)TiO)、STRO(Sr(Ti1-xRu)O)その他のペロブスカイト型導電性酸化物又はパイロクロア型導電性酸化物を用いることができる。
(7)上記実施形態1~6においては、チャネル層として、酸化物導電体からなる導電体層を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、Si、Ge、SiC、SiGe、GaAs、GaP、GaN、ZnS、ZeSe、ZnO、CdS、CuInSeなどからなる半導体層を用いることができる。
(8)上記実施形態1においては、第2ゲート絶縁層150として、例えばSiOを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、SiO、Al、BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5)LaAlO、HfOなどを用いることもできる。また、(Bi2-x,Zn)(Zn,Nb2-x)O、Bi-Nb1-x-O、Bi-Zr1-x-O、Bi-Hf1-x-O、Bi-Ta1-x-O、La-Ti1-x-O、La-Zr1-x-O、La-Hf1-x-O、La-Ta1-x-O、La-Nb1-x-Oなどのパイロクロア型結晶若しくはアモルファス酸化物、BST((Ba1-x,Sr)TiO)STO(SrTiO)などのペロブスカイト型結晶若しくはアモルファス酸化物、Si、AL、LaAlO、La、ZrO、HfO、Taなどの結晶若しくはアモルファス酸化物などを用いることもできる。
(9)上記実施形態5及び6においては、接続層の上層又は下層に抵抗低減用導電体層を形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、接続層を構成する導電体層又は半導体層を、第1チャネル領域又は第2チャネル領域を構成する導電体層又は半導体層よりも厚く構成してもよい。このように構成しても、第1ワード線又は第2ワード線と交差する位置に位置する接続層の部分で望ましくないスイッチング現象が生じることを防止することが可能となる。また、接続層を構成する導電体層又は半導体層を低抵抗化することが可能となる。この場合、型押し成形技術等を用いることにより、接続層を構成する導電体層又は半導体層を、第1チャネル領域又は第2チャネル領域を構成する導電体層又は半導体層よりも厚くすることができる。
(10)上記実施形態1~4においては、接続層を構成する導電体層又は半導体層を、第1チャネル領域及び第2チャネル領域を構成する導電体層又は半導体層と同じ厚さとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、接続層を構成する導電体層又は半導体層を、第1チャネル領域及び第2チャネル領域を構成する導電体層又は半導体層よりも厚く構成してもよい。このような構成とすることにより、接続層を構成する導電体層又は半導体層を低抵抗化することが可能となる。この場合、型押し成形技術等を用いることにより、接続層を構成する導電体層又は半導体層を、第1チャネル領域及び第2チャネル領域を構成する導電体層又は半導体層よりも厚くすることができる。
100~100h…固体電子素子、110…固体基板、120,120a,120b,120c、160,160a,160b,160c…ゲート電極層、122,162…第1ゲート電極,124,164…第2ゲート電極、126,166…第3ゲート電極、130,150,930…ゲート絶縁層、132,152,…第1ゲート絶縁層、134,154…第2ゲート絶縁層、136,156…第3ゲート絶縁層、140…導電体層、142…第1チャネル領域、144…第2チャネル領域,146…第3チャネル領域、170…抵抗低減用金属層、180…半導体基板、182…ソース領域、184…ソース領域/ドレイン領域、186…ドレイン領域、190…常誘電体バッファ層、192浮遊電極、200~200h…メモリー装置、910…絶縁性基板、920…ゲート電極、940…チャネル層、950…ソース領域、960…ドレイン領域、BL…ビット線、BS0…ブロック選択線、D1…第1ドレイン端、D2…第2ドレイン端、M0,M5,M6,M7…メモリーセル、MB1,MB2,MB3…メモリーセルブロック、PL…プレート線、S1…第1ソース端、S2…第2ソース端、SW…ブロック選択トランジスタ、TR1…第1トランジスタ、TR2…第2トランジスタ、TR3…第3トランジスタ、WL0,WL5、WL6,WL7…第1ワード線、WL0,WL5、WL6,WL7…第2ワード線

Claims (27)

  1.  第1ソース端及び第1ドレイン端を有する第1チャネル領域と、前記第1チャネル領域の導通状態を制御する第1ゲート電極と、前記第1ゲート電極と前記第1チャネル領域との間に形成された強誘電体層からなる第1ゲート絶縁層とを有する情報記憶用の第1トランジスタと、
     第2ソース端及び第2ドレイン端を有する第2チャネル領域と、前記第2チャネル領域の導通状態を制御する第2ゲート電極と、前記第2ゲート電極と前記第2チャネル領域との間に形成された第2ゲート絶縁層とを有する情報読み出し/書き込み用の第2トランジスタとを備え、
     前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタは、前記第1ソース端と前記第2ソース端とが接続され、前記第1ドレイン端と前記第2ドレイン端とが接続され、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極がそれぞれ別のゲート線に接続された状態で、並列に接続されている固体電子素子からなる複数のメモリーセルを備え、これら複数のメモリーセルが直列に接続されたメモリーセルブロックであって、
     前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域は、同一工程で形成される導電体層又は半導体層からなり、
     前記複数のメモリーセルのうち隣接する2つのメモリーセルは、当該2つのメモリーセルにおける前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域に連続しかつこれらのチャネル領域と同一工程で形成される導電体層又は半導体層からなる接続層によって接続されていることを特徴とするメモリーセルブロック。
  2.  請求項1に記載のメモリーセルブロックにおいて、
     前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域並びに前記接続層は、酸化物導電体材料からなることを特徴とするメモリーセルブロック。
  3.  請求項1又は2に記載のメモリーセルブロックにおいて、
     前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極を構成するゲート電極層と、前記第1ゲート絶縁層と前記第2ゲート絶縁層とを構成するゲート絶縁層と、前記導電体層又は半導体層とは、すべて液体材料を用いて形成されたものであることを特徴とするメモリーセルブロック。
  4.  請求項3に記載のメモリーセルブロックにおいて、
     前記ゲート電極層と、前記ゲート絶縁層と、前記導電体層又は半導体層とは、すべて真空プロセスを用いることなく形成されたものであることを特徴とするメモリーセルブロック。
  5.  請求項1~4のいずれかに記載のメモリーセルブロックにおいて、
     前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極を構成するゲート電極層と、第1ゲート絶縁層と前記第2ゲート絶縁層とを構成するゲート絶縁層と、前記導電体層又は半導体層とは、すべて酸化物材料からなることを特徴とするメモリーセルブロック。
  6.  請求項5に記載のメモリーセルブロックにおいて、
     前記ゲート電極層と、前記ゲート絶縁層と、前記導電体層又は半導体層とは、すべてペロブスカイト構造を有することを特徴とするメモリーセルブロック。
  7.  請求項1~6のいずれかに記載のメモリーセルブロックにおいて、
     前記第2ゲート絶縁層は、前記第1ゲート絶縁層と同層の強誘電体層からなり、
     前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタは、固体基板における一方の表面上に、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極を構成するゲート電極層と、前記第1ゲート絶縁層と前記第2ゲート絶縁層とを構成するゲート絶縁層と、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域並びに前記接続層を構成する導電体層又は半導体層とがこの順序で形成された構造を有することを特徴とするメモリーセルブロック。
  8.  請求項1~6のいずれかに記載のメモリーセルブロックにおいて、
     前記第2ゲート絶縁層は、前記第1ゲート絶縁層と同層の強誘電体層からなり、
     前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタは、固体基板における一方の表面上に、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域並びに前記接続層を構成する導電体層又は半導体層と、前記第1ゲート絶縁層と前記第2ゲート絶縁層とを構成するゲート絶縁層と、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極を構成するゲート電極層とがこの順序で形成された構造を有することを特徴とするメモリーセルブロック。
  9.  請求項7又は8に記載のメモリーセルブロックにおいて、
     前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタは、チャネル幅方向に並列して配置されていることを特徴とするメモリーセルブロック。
  10.  請求項1~6のいずれかに記載のメモリーセルブロックにおいて、
     前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタは、固体基板における一方の表面上に、前記第1ゲート電極を構成する第1ゲート電極層と、前記第1ゲート絶縁層と、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域並びに前記接続層を構成する導電体層又は半導体層と、前記第2ゲート絶縁層と、前記第2ゲート電極を構成する第2ゲート電極層とがこの順序で形成された構造を有することを特徴とするメモリーセルブロック。
  11.  請求項1~6のいずれかに記載のメモリーセルブロックにおいて、
     前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタは、固体基板における一方の表面上に、前記第2ゲート電極を構成する第2ゲート電極層と、前記第2ゲート絶縁層と、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域並びに前記接続層を構成する導電体層又は半導体層と、前記第1ゲート絶縁層と、前記第1ゲート電極を構成する第1ゲート電極層とがこの順序で形成された構造を有することを特徴とするメモリーセルブロック。
  12.  請求項10又は11に記載のメモリーセルブロックにおいて、
     前記第2ゲート絶縁層は、常誘電体層からなることを特徴とするメモリーセルブロック。
  13.  請求項10又は11に記載のメモリーセルブロックにおいて、
     前記第2ゲート絶縁層は、強誘電体層からなることを特徴とするメモリーセルブロック。
  14.  請求項1に記載のメモリーセルブロックにおいて、
     前記第2ゲート絶縁層は、前記第1ゲート絶縁層と同層の強誘電体層からなり、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域は、半導体基板の表面に形成された所定のソース領域及び所定のドレイン領域の間に位置し、
     前記第1ゲート絶縁層は、前記第1チャネル領域を覆うように形成され、前記第2ゲート絶縁層は、前記第2チャネル領域を覆うように形成され、前記第1ゲート電極は、前記第1ゲート絶縁層を介して前記第1チャネル領域に対向するように形成され、前記第2ゲート電極は、前記第2ゲート絶縁層を介して前記第2チャネル領域に対向するように形成されていることを特徴とするがメモリーセルブロック。
  15.  請求項14に記載のメモリーセルブロックにおいて、
     前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域と、前記第1ゲート絶縁層及び前記第2ゲート絶縁層との間には、常誘電体バッファ層が形成されていることを特徴とするメモリーセルブロック。
  16.  請求項14又は15に記載のメモリーセルブロックにおいて、
     前記常誘電体バッファ層と、前記第1ゲート絶縁層及び前記第2ゲート絶縁層との間には、浮遊電極が形成されていることを特徴とするメモリーセルブロック。
  17.  ビット線と、
     プレート線と、
     第1ワード線と、
     第2ワード線と、
     前記ビット線と前記プレート線との間にメモリーセルが複数個直列接続されたメモリーセルブロックと、
     前記メモリーセルブロックが複数個配設されたメモリーセルアレイとを備え、
     前記メモリーセルが、前記第1ゲート電極が第1ワード線に接続され、前記第2ゲート電極が第2ワード線に接続された状態で、並列に接続されてなるメモリー装置であって、
     前記メモリーセルブロックとして、請求項1~16のいずれかに記載のメモリーセルブロックを備えることを特徴とするメモリー装置。
  18.  請求項17に記載のメモリー装置において、
     前記メモリーセルブロックは、少なくとも1つのブロック選択トランジスタを介して前記ビット線又は前記プレート線に接続されていることを特徴とするメモリー装置。
  19.  請求項17又は18に記載のメモリー装置において、
     前記メモリーセルブロックとして、請求項7~9のいずれかに記載のメモリーセルブロックを備え、
     前記接続層のうち、平面的に見て前記第1ワード線又は前記第2ワード線と交差する位置に位置する前記接続層の上層又は下層に抵抗低減用導電体層が形成されていることを特徴とするメモリー装置。
  20.  請求項17又は18に記載のメモリー装置において、
     前記メモリーセルブロックとして、請求項7~9のいずれかに記載のメモリーセルブロックを備え、
     前記接続層を構成する導電体層又は半導体層は、前記第1チャネル領域又は前記第2チャネル領域を構成する導電体層又は半導体層よりも厚いことを特徴とするメモリー装置。
  21.  請求項17又は18に記載のメモリー装置において、
     前記メモリーセルブロックとして、請求項10~13のいずれかに記載のメモリーセルブロックを備え、
     前記接続層を構成する導電体層又は半導体層は、前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域を構成する導電体層又は半導体層よりも厚いことを特徴とするメモリー装置。
  22.  請求項17~21のいずれかに記載のメモリー装置であって、前記メモリーセルブロックとして請求項2~5のいずれかに記載のメモリーセルブロックを備えるメモリー装置を用いて、所定のメモリーセル(以下、選択セルという。また、選択セルと同一のメモリーセルブロックに属するメモリーセルのうち選択セル以外のメモリーセルを非選択セルという。)に対して情報の書き込みを行うメモリー装置の駆動方法であって、
     少なくとも非選択セルに接続された第2ワード線にオン電圧Vonを印加することにより非選択セルにおける前記第2トランジスタをオンにするとともに、
     選択セルに接続された第2ワード線には接地電位を与え、選択セルに接続された第1ワード線には第1ゲート絶縁層の抗電圧Vc1よりも高い第1書き込み電圧(Vw:Vw>Vc1)及び前記抗電圧Vc1に負号を付した電圧(-Vc1)よりも低い第2書き込み電圧(「-Vw」:「-Vw」<-Vc1)のいずれかを印加することにより、選択セルに対する情報の書き込み動作を行うことを特徴とするメモリー装置の駆動方法。
  23.  第1ソース端及び第1ドレイン端を有する第1チャネル領域と、前記第1チャネル領域の導通状態を制御する第1ゲート電極と、前記第1ゲート電極と前記第1チャネル領域との間に形成された強誘電体層からなる第1ゲート絶縁層とを有する情報記憶用の第1トランジスタと、
     第2ソース端及び第2ドレイン端を有する第2チャネル領域と、前記第2チャネル領域の導通状態を制御する第2ゲート電極と、前記第2ゲート電極と前記第2チャネル領域との間に形成された第2ゲート絶縁層とを有する情報読み出し/書き込み用の第2トランジスタとを備え、
     前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタは、前記第1ソース端と前記第2ソース端とが接続され、前記第1ドレイン端と前記第2ドレイン端とが接続され、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極がそれぞれ別のゲート線に接続された状態で、並列に接続されている固体電子素子からなる複数のメモリーセルを備え、これら複数のメモリーセルが直列に接続されたメモリーセルブロックの製造方法であって、
     前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域並びに前記複数のメモリーセルのうち隣接する2つのメモリーセルを接続する接続層を同一工程で形成することを特徴とするメモリーセルブロックの製造方法。
  24.  請求項23に記載のメモリーセルブロックの製造方法において、
     前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域並びに前記接続層を酸化物導電体材料を用いて形成することを特徴とするメモリーセルブロックの製造方法。
  25.  請求項23又は24に記載のメモリーセルブロックの製造方法において、
     前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極を構成するゲート電極層と、前記第1ゲート絶縁層と前記第2ゲート絶縁層とを構成するゲート絶縁層と、前記導電体層又は半導体層とをすべて液体材料を用いて形成することを特徴とするメモリーセルブロックの製造方法。
  26.  請求項25に記載のメモリーセルブロックの製造方法において、
     前記ゲート電極層と、前記ゲート絶縁層と、前記導電体層又は半導体層とをすべて真空プロセスを用いることなく形成することを特徴とするメモリーセルブロックの製造方法。
  27.  請求項23~26のいずれかに記載のメモリーセルブロックの製造方法において、
     前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極を構成するゲート電極層と、前記第1ゲート絶縁層と前記第2ゲート絶縁層とを構成するゲート絶縁層と、前記導電体層又は半導体層とをすべて酸化物材料を用いて形成することを特徴とするメモリーセルブロックの製造方法。
PCT/JP2011/070297 2010-09-10 2011-09-06 メモリーセルブロック及びその製造方法、メモリー装置並びにメモリー装置の駆動方法 WO2012033106A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012532988A JPWO2012033106A1 (ja) 2010-09-10 2011-09-06 メモリーセルブロック及びその製造方法、メモリー装置並びにメモリー装置の駆動方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-203783 2010-09-10
JP2010203783 2010-09-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012033106A1 true WO2012033106A1 (ja) 2012-03-15

Family

ID=45810704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/070297 WO2012033106A1 (ja) 2010-09-10 2011-09-06 メモリーセルブロック及びその製造方法、メモリー装置並びにメモリー装置の駆動方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JPWO2012033106A1 (ja)
TW (1) TW201222827A (ja)
WO (1) WO2012033106A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014148336A1 (ja) * 2013-03-22 2014-09-25 独立行政法人科学技術振興機構 誘電体層及び誘電体層の製造方法、並びに固体電子装置及び固体電子装置の製造方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10424374B2 (en) 2017-04-28 2019-09-24 Micron Technology, Inc. Programming enhancement in self-selecting memory
US10424730B2 (en) 2018-02-09 2019-09-24 Micron Technology, Inc. Tapered memory cell profiles
US10854813B2 (en) 2018-02-09 2020-12-01 Micron Technology, Inc. Dopant-modulated etching for memory devices
US10693065B2 (en) 2018-02-09 2020-06-23 Micron Technology, Inc. Tapered cell profile and fabrication

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01235278A (ja) * 1988-03-15 1989-09-20 Toshiba Corp 不揮発性半導体メモリ装置
JPH11297947A (ja) * 1998-04-15 1999-10-29 Seiko Epson Corp 半導体素子、その製造方法および半導体素子製造装置
JP2000340759A (ja) * 1999-05-31 2000-12-08 Sony Corp 不揮発性半導体メモリおよびその駆動方法
JP2007157982A (ja) * 2005-12-05 2007-06-21 Seiko Epson Corp トランジスタ型強誘電体メモリおよびその製造方法
WO2010097862A1 (ja) * 2009-02-24 2010-09-02 パナソニック株式会社 半導体メモリセル及びその製造方法並びに半導体記憶装置
WO2010131311A1 (ja) * 2009-05-13 2010-11-18 パナソニック株式会社 半導体メモリセルおよびその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01235278A (ja) * 1988-03-15 1989-09-20 Toshiba Corp 不揮発性半導体メモリ装置
JPH11297947A (ja) * 1998-04-15 1999-10-29 Seiko Epson Corp 半導体素子、その製造方法および半導体素子製造装置
JP2000340759A (ja) * 1999-05-31 2000-12-08 Sony Corp 不揮発性半導体メモリおよびその駆動方法
JP2007157982A (ja) * 2005-12-05 2007-06-21 Seiko Epson Corp トランジスタ型強誘電体メモリおよびその製造方法
WO2010097862A1 (ja) * 2009-02-24 2010-09-02 パナソニック株式会社 半導体メモリセル及びその製造方法並びに半導体記憶装置
WO2010131311A1 (ja) * 2009-05-13 2010-11-18 パナソニック株式会社 半導体メモリセルおよびその製造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TAKAAKI MIYASAKO ET AL.: "Ferroelectric-Gate Thin-Film Transistor Fabricated by Total Solution Deposition Process, abstr. 04DD09", JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 50, no. 4, 20 April 2011 (2011-04-20), pages 1 - 6 *
TAKAAKI MIYASAKO ET AL.: "Totally solution- processed ferroelectric-gate thin-film transistor, art. nr. 173509", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 97, 29 October 2010 (2010-10-29), pages 1 - 3 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014148336A1 (ja) * 2013-03-22 2014-09-25 独立行政法人科学技術振興機構 誘電体層及び誘電体層の製造方法、並びに固体電子装置及び固体電子装置の製造方法
KR20150136079A (ko) * 2013-03-22 2015-12-04 고쿠리츠켄큐카이하츠호진 카가쿠기쥬츠신코키코 유전체층 및 유전체층의 제조방법, 및 고체 전자장치 및 고체 전자장치의 제조방법
US20160284790A1 (en) * 2013-03-22 2016-09-29 Japan Science And Technology Agency Dielectric layer and manufacturing method of dielectric layer, and solid-state electronic device and manufacturing method of solid-state electronic device
JPWO2014148336A1 (ja) * 2013-03-22 2017-02-16 国立研究開発法人科学技術振興機構 誘電体層及び誘電体層の製造方法、並びに固体電子装置及び固体電子装置の製造方法
US9876067B2 (en) 2013-03-22 2018-01-23 Japan Science And Technology Agency Dielectric layer and manufacturing method of dielectric layer, and solid-state electronic device and manufacturing method of solid-state electronic device
KR102183760B1 (ko) * 2013-03-22 2020-11-27 고쿠리츠켄큐카이하츠호진 카가쿠기쥬츠신코키코 유전체층 및 유전체층의 제조방법, 및 고체 전자장치 및 고체 전자장치의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
TW201222827A (en) 2012-06-01
JPWO2012033106A1 (ja) 2014-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5190275B2 (ja) 半導体メモリセル及びそれを用いた半導体メモリアレイ
US10192972B2 (en) Semiconductor ferroelectric storage transistor and method for manufacturing same
JP5106031B2 (ja) 半導体記憶装置及びその製造方法並びに半導体スイッチング装置
JP4375560B2 (ja) トランジスタ型強誘電体メモリの製造方法
CN102439724B (zh) 铁电阻变存储器及其操作方法、制备方法
JP2008270313A (ja) 半導体記憶素子
US10504903B1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2009152235A (ja) 強誘電体積層構造及びその製造方法、電界効果トランジスタ及びその製造方法、並びに強誘電体キャパシタ及びその製造方法
WO2012033106A1 (ja) メモリーセルブロック及びその製造方法、メモリー装置並びにメモリー装置の駆動方法
Eshita et al. Ferroelectric random access memory (FRAM) devices
CN102405522A (zh) 半导体存储单元及其制造方法
CN108281544B (zh) 基于铁电共存畴的多阻态铁电量子隧道结及制备方法
JP5081069B2 (ja) 半導体記憶装置
WO2010131311A1 (ja) 半導体メモリセルおよびその製造方法
KR101021973B1 (ko) 비휘발성 기억소자 및 비휘발성 기억소자의 정보기록방법과정보판독방법
JP5415613B2 (ja) 電界効果トランジスター及びメモリー装置
US7619268B2 (en) Fast remanent resistive ferroelectric memory
US20050189571A1 (en) Ferroelectric memory
JP2009283877A (ja) 半導体記憶装置
JP2004296919A (ja) キャパシタ製造方法、メモリ装置、及び電子機器
JP2004172483A (ja) 不揮発性メモリ及びこれを用いた多値記憶方法
JP2001267518A (ja) 強誘電体メモリ
JP2008172133A (ja) 半導体記憶装置及びその製造方法
JP2008159800A (ja) 半導体記憶装置およびその製造方法
JP2004303805A (ja) 強誘電体素子、強誘電体メモリ及びこれらの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11823581

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2012532988

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11823581

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1