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JPH05211307A - Nonvolatile memory cell - Google Patents

Nonvolatile memory cell

Info

Publication number
JPH05211307A
JPH05211307A JP3350774A JP35077491A JPH05211307A JP H05211307 A JPH05211307 A JP H05211307A JP 3350774 A JP3350774 A JP 3350774A JP 35077491 A JP35077491 A JP 35077491A JP H05211307 A JPH05211307 A JP H05211307A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
electrode
memory
source
memory cell
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
JP3350774A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisao Morooka
久雄 師岡
Hisato Shinohara
久人 篠原
Masaaki Ikeda
正明 池田
Yuuji Misemura
悠爾 店村
Katsuto Nagano
克人 長野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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 TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to JP3350774A priority Critical patent/JPH05211307A/en
Publication of JPH05211307A publication Critical patent/JPH05211307A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent generation of distortion by a method wherein a semiconductor layer is formed on a substrate, a source and drain electrode is formed by separating the semiconductor layer, an active part and a memory storage are formed separately. CONSTITUTION:On an active part, a polycrystalline silicon semiconductor layer is formed on an insulated substrate 3. Source and drain regions 5 and 6 are separated by implanting P-ions into the surface of the polycrystalline silicon semiconductor layer, contact layers 7 and 8 are formed on the source and drain regions 5 and 6, and source and drain electrodes 9 and 10 are formed thereon. A SiNX gate insulating film 11 is formed on the surface of the part where the source and drain regions 5 and 6 are separated, and an Al gate electrode 12 is formed thereon. On a memory part 2, an electrode 13, consisting of Pt and the like, is formed on the substrate 3, a ferroelectric substance thin film 14, consisting of lead titanate, is formed thereon as a non-volatile memory part, and an Al electrode 15 is formed thereon. As the active part 1 and the memory part 2 are separated, the distortion due to the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor and the ferroelectric substance when heated can be prevented.

Description

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

【0001】[0001]

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

【0002】[0002]

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

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

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

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

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

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

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

【0009】この問題を解決するためには動作半導体層
を多結晶シリコンあるいは単結晶シリコンで構成すれば
よいが、非晶質シリコンを多結晶化あるいは単結晶化さ
せるために加熱すると、その下層の強誘電体層も加熱さ
れて体積変化を起こし、歪みあるいはクラックが入るこ
とがある。
To solve this problem, the operating semiconductor layer may be composed of polycrystalline silicon or single crystal silicon. However, when amorphous silicon is heated to polycrystal or single crystal, the layer below The ferroelectric layer is also heated and changes in volume, which may cause distortion or cracks.

【0010】また、半導体層と強誘電体層とを直接に接
触させると、半導体表面の電荷により強誘電体の分極電
荷が完全に相殺されないことから、自発分極と反対方向
の電界が強誘電体薄膜内に発生するため、自発分極が熱
力学的に不安定になることがある。
Further, when the semiconductor layer and the ferroelectric layer are brought into direct contact with each other, the polarization charge of the ferroelectric material is not completely canceled by the charge on the semiconductor surface, so that the electric field in the direction opposite to the spontaneous polarization is applied to the ferroelectric material. Since it occurs in the thin film, spontaneous polarization may become thermodynamically unstable.

【0011】一方、特開平3−22483号公報に、ガ
ラス基板上に形成された記憶電極、記憶電極を覆って形
成された強誘電体薄膜、強誘電体薄膜上に形成された非
晶質半導体層、非晶質半導体層表面に離間して各々形成
されたコンタクト層、各々のコンタクト層上に形成され
たソース電極及びドレイン電極から構成されたFRAM
が記載されている。
On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 3-22483 discloses a memory electrode formed on a glass substrate, a ferroelectric thin film formed so as to cover the memory electrode, and an amorphous semiconductor formed on the ferroelectric thin film. Layer, a contact layer formed separately on the surface of the amorphous semiconductor layer, and a FRAM composed of a source electrode and a drain electrode formed on each contact layer
Is listed.

【0012】このFRAMは、基板として大きさに制限
のある単結晶シリコンウェハではなく、大面積のものを
容易に得ることができる耐熱ガラス絶縁基板を用いてい
るので、高度な微細加工技術を用いなくても大容量のメ
モリを得ることが可能である反面、動作半導体層が非晶
質であるため、キャリアの移動度が低く、書き込み/読
み出し動作を速くすることができないという問題点を有
している。
Since this FRAM uses a heat-resistant glass insulating substrate which can easily obtain a large area, not a single crystal silicon wafer having a limited size as a substrate, it uses an advanced fine processing technique. Although it is possible to obtain a large-capacity memory without using it, there is a problem in that since the operating semiconductor layer is amorphous, carrier mobility is low and writing / reading operation cannot be speeded up. ing.

【0013】この問題を解決するためには動作半導体層
を多結晶シリコンあるいは単結晶シリコンで構成すれば
よいが、非晶質シリコンを多結晶化あるいは単結晶化す
るために加熱すると、その下層の強誘電体薄膜も加熱さ
れて体積変化を起こし、強誘電体薄膜と半導体層との界
面近傍に歪あるいはクラックが入ることがある。
In order to solve this problem, the operating semiconductor layer may be made of polycrystalline silicon or single crystal silicon. However, when amorphous silicon is heated to polycrystal or single crystal, the underlying layer is formed. The ferroelectric thin film is also heated to cause a volume change, and strain or crack may occur near the interface between the ferroelectric thin film and the semiconductor layer.

【0014】また、シリコン半導体層上に強誘電体層が
形成されているため、シリコン半導体層に対して有害で
ある強誘電体膜中のPb原子あるいはO原子などが、シ
リコン半導体中に入り込むことがある。
Further, since the ferroelectric layer is formed on the silicon semiconductor layer, Pb atoms or O atoms in the ferroelectric film, which are harmful to the silicon semiconductor layer, may get into the silicon semiconductor. There is.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】本願発明は、上記問題
点すなわち、キャリアの移動度が高く書き込み/読み出
し動作が速い反面大容量のメモリを得ることができない
という、単結晶シリコンウェハを用いるFRAMの有す
る問題点及び、キャリアの移動度が低いため書き込み/
読み出し動作を速くすることができないという、非晶質
半導体を用いるFRAMの有する問題点と強誘電体薄膜
内の自発分極が熱力学的に安定しなくなることがあると
いう問題点とシリコン半導体層に対して有害であるPb
原子あるいはO原子などがシリコン半導体中に入り込む
ことのない、新規な構成のFRAMを得ることを課題と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has the above-mentioned problem, namely, it has a high carrier mobility and a fast write / read operation, but cannot obtain a large-capacity memory. Writing / writing due to the problems and low carrier mobility
A problem that an FRAM using an amorphous semiconductor has, that a read operation cannot be speeded up, and a problem that spontaneous polarization in a ferroelectric thin film may not be thermodynamically stable and that a silicon semiconductor layer Harmful Pb
An object of the present invention is to obtain an FRAM having a novel structure in which atoms or O atoms do not enter the silicon semiconductor.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本願においては、上記課
題を解決することを目的として「絶縁基板上に隣接して
形成された能動部及び記憶部からなり、能動部は、絶縁
基板上に形成された半導体層、半導体層表面に離間して
形成されたソース領域及びドレイン領域、ソース領域及
びドレイン領域上に各々形成されたコンタクト層、各々
のコンタクト層上に形成されたソース電極及びドレイン
電極、半導体層上のソース領域とドレイン領域との間の
離間した部分の表面に形成されたゲート絶縁膜、ゲート
絶縁膜上に形成されたゲート電極からなり、記憶部は、
絶縁基板上に形成された記憶電極、記憶電極上に形成さ
れた強誘電体薄膜、強誘電体薄膜上に形成された接続電
極からなり、能動部のソース電極と記憶部の接続電極が
電気的に接続されていることを特徴とする不揮発性メモ
リセル」との構成を有する発明を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present application states that "an active part and a memory part are formed adjacent to each other on an insulating substrate, and the active part is formed on the insulating substrate. A semiconductor layer, a source region and a drain region formed separately on the surface of the semiconductor layer, a contact layer formed on each of the source region and the drain region, a source electrode and a drain electrode formed on each contact layer, The memory portion is composed of a gate insulating film formed on the surface of a portion separated from the source region and the drain region on the semiconductor layer, and a gate electrode formed on the gate insulating film.
It consists of a storage electrode formed on an insulating substrate, a ferroelectric thin film formed on the storage electrode, and a connection electrode formed on the ferroelectric thin film.The source electrode of the active section and the connection electrode of the storage section are electrically connected. A non-volatile memory cell characterized in that it is connected to.

【0017】[0017]

【作用】上記構成を有する本願発明においては、絶縁基
板上に形成された非晶質半導体層を加熱することにより
多結晶化あるいは単結晶化した後トランジスタを形成す
るとともに、隣接して強誘電体薄膜を誘電体とするキャ
パシタを形成している。このように構成すると、記憶電
極に印加される電圧により強誘電体に誘起される自発分
極値が変化することにより、不揮発性の記憶動作が行わ
れる。
In the present invention having the above structure, the amorphous semiconductor layer formed on the insulating substrate is heated to be polycrystallized or monocrystallized to form a transistor, and the ferroelectric substance is adjacently formed. A capacitor having a thin film as a dielectric is formed. According to this structure, the non-volatile memory operation is performed by changing the spontaneous polarization value induced in the ferroelectric substance by the voltage applied to the memory electrode.

【0018】そして、本願発明のメモリセルは、単結晶
シリコン半導体ウェハを用いる従来のものと異なり大面
積のメモリを得ることができるため、高度な微細加工技
術を用いなくても大容量のメモリを得ることができる。
また、形成された半導体層は非晶質シリコン半導体層で
はなく多結晶シリコン半導体層あるいは単結晶シリコン
半導体層であるから、大きなキャリア移動度を得ること
ができ、充分な書き込み/読み出し速度を得ることがで
きるとともに、強誘電体層が金属電極に挟み込まれてい
ることから、自発分極が安定であるとともに、能動部と
記憶部が位置的に分離して形成されていることから熱の
印加に対して半導体と強誘電体の熱膨張係数の相違にと
もなう歪あるいはクラックが入ることがない。
Since the memory cell of the present invention can obtain a large-area memory unlike a conventional one using a single crystal silicon semiconductor wafer, a large-capacity memory can be obtained without using an advanced fine processing technique. Obtainable.
Further, since the formed semiconductor layer is not an amorphous silicon semiconductor layer but a polycrystalline silicon semiconductor layer or a single crystal silicon semiconductor layer, a large carrier mobility can be obtained and a sufficient writing / reading speed can be obtained. In addition, since the ferroelectric layer is sandwiched between the metal electrodes, the spontaneous polarization is stable, and the active part and the memory part are formed separately from each other. Therefore, no strain or crack is generated due to the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor and the ferroelectric.

【0019】また、強誘電体薄膜とシリコン半導体層と
の間に金属層が形成されているから、シリコン半導体層
に対して有害である強誘電体膜中のPb原子あるいはO
原子などが、シリコン半導体中に入り込むことを防止す
ることができる。
Further, since the metal layer is formed between the ferroelectric thin film and the silicon semiconductor layer, Pb atoms or O in the ferroelectric film which is harmful to the silicon semiconductor layer.
Atoms and the like can be prevented from entering the silicon semiconductor.

【0020】[0020]

【実施例】図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図1(a)に示すのは、本願発明を1トランジスタ+1
キャパシタ形DRAMメモリセルに適用した実施例の構
成の概要図であり、図2にその模式図を示す。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 (a) shows that the invention of the present application is one transistor + 1
FIG. 3 is a schematic diagram of a configuration of an embodiment applied to a capacitor type DRAM memory cell, and its schematic diagram is shown in FIG.

【0021】この不揮発性メモリセルは耐熱ガラス等で
ある絶縁基板3上に形成されている。この絶縁基板3は
大きな面積を有しており、その上に多数の不揮発性メモ
リセルが形成されている。
This nonvolatile memory cell is formed on an insulating substrate 3 made of heat-resistant glass or the like. This insulating substrate 3 has a large area, and a large number of nonvolatile memory cells are formed on it.

【0022】本発明のメモリセルは、トランジスタであ
る能動部1と、キャパシタである記憶部2が絶縁基板3
上に隣接して形成されることにより構成されている。
In the memory cell of the present invention, the active portion 1 which is a transistor and the storage portion 2 which is a capacitor are the insulating substrate 3.
It is configured by being formed adjacent to the above.

【0023】能動部1の構成は、この絶縁基板3上に半
導体層として厚さ0.15〜0.2μmの多結晶シリコ
ン半導体層4が形成されている。この多結晶シリコン半
導体層4は、シラン(SiH4 )ガスを原料として基板
温度550℃で低圧化学蒸着法(LPCVD)によって
基板上に非晶質シリコン半導体層を形成し、形成された
非晶質シリコン半導体層を600℃のN2 雰囲気で24
時間固相成長させることにより、形成される。
The active portion 1 has a structure in which a polycrystalline silicon semiconductor layer 4 having a thickness of 0.15 to 0.2 μm is formed as a semiconductor layer on the insulating substrate 3. The polycrystalline silicon semiconductor layer 4 is formed by forming an amorphous silicon semiconductor layer on the substrate by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) at a substrate temperature of 550 ° C. using silane (SiH 4 ) gas as a raw material. The silicon semiconductor layer is placed in a N 2 atmosphere at 600 ° C. for 24 hours.
It is formed by solid phase growth for a time.

【0024】ソース領域5及びドレイン領域6は、多結
晶シリコン半導体層表面にイオンドーピング法によりイ
オン注入量5×1015/cm2 の燐(P)を注入するこ
とにより離間して形成されている。
The source region 5 and the drain region 6 are formed separately by implanting phosphorus (P) with an ion implantation amount of 5 × 10 15 / cm 2 into the surface of the polycrystalline silicon semiconductor layer by an ion doping method. ..

【0025】ソース領域5上にはコンタクト層7が、ド
レイン領域6上にはコンタクト層8が各々形成され、こ
れらのコンタクト層7及び8上にAlからなるソース電
極9及びドレイン電極10が形成されている。なお、こ
のコンタクト層7及び8は省略することができる。
A contact layer 7 is formed on the source region 5, a contact layer 8 is formed on the drain region 6, and a source electrode 9 and a drain electrode 10 made of Al are formed on the contact layers 7 and 8. ing. The contact layers 7 and 8 can be omitted.

【0026】ソース領域5とドレイン領域6との間の離
間した部分の表面にスパッタ法あるいはCVD法により
SiNx ゲート絶縁膜11が形成され、ゲート絶縁膜上
にAlからなるゲート電極12が形成されている。
A SiN x gate insulating film 11 is formed on the surface of a space between the source region 5 and the drain region 6 by a sputtering method or a CVD method, and a gate electrode 12 made of Al is formed on the gate insulating film. ing.

【0027】能動部1に隣接して形成されている記憶部
2は、絶縁基板3上に白金(Pt)等よりなる電極
(「記憶電極」と呼ぶ)13が形成され、この記憶電極
13上に不揮発性メモリの記憶部を構成する膜厚0.6
〜0.8μmのチタン酸鉛(PbTiO3 )からなる強
誘電体薄膜14及びこの強誘電体薄膜14上に形成され
たAlからなる電極(「接続電極」と呼ぶ)15が形成
されている。
In the memory portion 2 formed adjacent to the active portion 1, an electrode (referred to as “memory electrode”) 13 made of platinum (Pt) or the like is formed on the insulating substrate 3, and the memory electrode 2 is formed on the memory electrode 13. The film thickness of the storage unit of the non-volatile memory is 0.6
A ferroelectric thin film 14 of lead titanate (PbTiO 3 ) having a thickness of up to 0.8 μm and an electrode (referred to as a “connecting electrode”) 15 of Al formed on the ferroelectric thin film 14 are formed.

【0028】強誘電体薄膜14は酸化鉛(PbO)及び
酸化チタン(TiO2 )を原料として、基板温度600
℃,約1PaのAr/O2 雰囲気においてマグネトロン
スパッタリング法によって形成され、形成される膜組成
が化学量論的組成比になるように調整される。
The ferroelectric thin film 14 is made of lead oxide (PbO) and titanium oxide (TiO 2 ) as raw materials and has a substrate temperature of 600.
It is formed by a magnetron sputtering method in an Ar / O 2 atmosphere at a temperature of about 1 Pa and is adjusted so that the formed film composition has a stoichiometric composition ratio.

【0029】また、記憶部2の接続電極15は、能動部
1のゲート電極9と電気的に接続されており、能動部1
と記憶部2との間にはこれらを電気的に分離するための
絶縁体16が形成されている。
Further, the connection electrode 15 of the storage section 2 is electrically connected to the gate electrode 9 of the active section 1, and the active section 1
An insulator 16 is formed between the storage unit 2 and the storage unit 2 to electrically isolate them.

【0030】なお、この絶縁体16は必ずしも必要なも
のではなく、記憶部と能動部とが電気的に分離されてい
る場合には、省略することができる。
The insulator 16 is not always necessary, and can be omitted if the memory section and the active section are electrically separated.

【0031】図1(b)に同図(a)の不揮発性メモリ
セルの等価回路を示す。この不揮発性メモリセルの能動
部1は、(a)に示すように通常の電界効果トランジス
タ(FET)と同様に、ソースS・ゲートG及びドレイ
ンDから構成されているが、記憶部2は誘電体として強
誘電体薄膜14を用いたキャパシタとしてゲートGに接
続されている。このことにより、本発明のメモリセルは
強誘電体薄膜14のヒステリシス特性による不揮発性を
有することになる。
FIG. 1B shows an equivalent circuit of the nonvolatile memory cell shown in FIG. The active portion 1 of this non-volatile memory cell is composed of a source S, a gate G and a drain D as in the case of an ordinary field effect transistor (FET) as shown in FIG. It is connected to the gate G as a capacitor using the ferroelectric thin film 14 as a body. As a result, the memory cell of the present invention has non-volatility due to the hysteresis characteristic of the ferroelectric thin film 14.

【0032】本発明のメモリセルは、半導体層として多
結晶シリコン半導体層に代えて、単結晶シリコン半導体
層で構成することもできる。その場合における単結晶シ
リコン半導体層は絶縁基板上に形成された多結晶シリコ
ン半導体層を電子ビーム、レーザービーム等の加熱手段
により加熱して再結晶化することにより形成される。
The memory cell of the present invention may be formed of a single crystal silicon semiconductor layer as a semiconductor layer instead of the polycrystalline silicon semiconductor layer. In that case, the single crystal silicon semiconductor layer is formed by heating a polycrystalline silicon semiconductor layer formed over an insulating substrate with a heating means such as an electron beam or a laser beam to recrystallize it.

【0033】なお、本発明の不揮発性メモリの構造は、
シリコン半導体層を絶縁基板上に形成したものではな
く、単結晶シリコンウェハを用いた場合でも十分に適用
可能である。
The structure of the non-volatile memory of the present invention is as follows.
The present invention can be sufficiently applied even when a single crystal silicon wafer is used instead of a silicon semiconductor layer formed on an insulating substrate.

【0034】また、半導体層がキャリア移動度の低い非
晶質シリコン半導体層でないことを前提にして説明した
が、強誘電体薄膜を半導体層で覆う構造においては、加
熱時に両者の熱膨張の相違にともなうクラックの問題が
生じるから、本発明の構成を非晶質シリコン半導体を用
いた不揮発性メモリセルに対して適用することも可能で
ある。
Further, although the description has been made on the assumption that the semiconductor layer is not an amorphous silicon semiconductor layer having a low carrier mobility, in the structure in which the ferroelectric thin film is covered with the semiconductor layer, the difference in thermal expansion between the two is caused during heating. Since a problem of cracking occurs with this, the configuration of the present invention can be applied to a nonvolatile memory cell using an amorphous silicon semiconductor.

【0035】以上の説明においては、単一のメモリセル
を形成する場合について説明したが、通常使用されてい
るメモリは単一のメモリセルで構成されているのではな
く、基板上に複数のメモリが形成されている。この通常
のメモリにおいて電極間及び/又はセル同士間の相互作
用が問題になる場合には、電極間及び/又はセル同士間
を電気的に分離する必要がある。その場合、このような
メモリを構成するためには配線間及び/又はセル同士間
を電気的に分離するための層間絶縁膜及び/又はパッシ
ベーション膜等を形成する必要があることはいうまでも
ない。
In the above description, the case where a single memory cell is formed has been described. However, a commonly used memory is not composed of a single memory cell but a plurality of memory cells on a substrate. Are formed. In this normal memory, when the interaction between the electrodes and / or between the cells becomes a problem, it is necessary to electrically separate the electrodes and / or the cells. In that case, it goes without saying that it is necessary to form an interlayer insulating film and / or a passivation film or the like for electrically isolating between wirings and / or between cells in order to configure such a memory. ..

【0036】また、SRAMと同様に多結晶シリコン薄
膜を用いてCMOSのフリップ・フロップを形成し、そ
のキャパシタの誘電体として強誘電体薄膜を用いること
により、書き込み/読み出し時間の向上及び書換回数の
向上を図ることも可能である。
Further, like the SRAM, a polycrystalline silicon thin film is used to form a CMOS flip-flop, and a ferroelectric thin film is used as the dielectric of the capacitor to improve the write / read time and the number of rewrites. It is also possible to improve.

【0037】図3に本願発明の他の実施例の構成の模式
図を示す。この実施例に示す1トランジスタ+1キャパ
シタDRAM型メモリセルは図1(a)に示すシリコン
半導体層表面にソース領域7及びドレイン領域8が離間
して形成された実施例と異なり、ソース領域7及びドレ
イン領域8が半導体層の厚さの全体に亘り形成されてい
る。このような構成を採ることにより、ソース領域7と
ドレイン領域8との間に形成される電界が平等電界にな
るため、ゲート電極による制御がより効果的に行われ
る。
FIG. 3 shows a schematic diagram of the configuration of another embodiment of the present invention. The 1-transistor + 1-capacitor DRAM type memory cell shown in this embodiment is different from the embodiment in which the source region 7 and the drain region 8 are formed separately on the surface of the silicon semiconductor layer shown in FIG. The region 8 is formed over the entire thickness of the semiconductor layer. By adopting such a configuration, the electric field formed between the source region 7 and the drain region 8 becomes a uniform electric field, so that the control by the gate electrode is more effectively performed.

【0038】なお、本願発明は実施例において説明した
単純な形状のメモリセルだけではなく、一般的に用いら
れているトレンチキャパシタあるいはスタックドキャパ
シタに対して適用することが可能であることはいうまで
もない。
It is needless to say that the present invention can be applied not only to the memory cell having the simple shape described in the embodiment but also to a commonly used trench capacitor or stacked capacitor. Nor.

【0039】トレンチキャパシタに適用したメモリセル
における記憶部のキャパシタの誘電体は、図1の場合の
ように強誘電体薄膜を積層したものではなく、半導体層
中に設けられたトレンチ(溝)の周壁に強誘電体層薄膜
を形成することにより構成される。
The dielectric of the capacitor of the memory portion in the memory cell applied to the trench capacitor is not a stack of ferroelectric thin films as in the case of FIG. 1, but a trench (groove) provided in the semiconductor layer. It is formed by forming a ferroelectric layer thin film on the peripheral wall.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本願発
明の不揮発性メモリセルは大面積のものを容易に得るこ
とができるから、従来のものと異なり高度な微細加工技
術を用いることなく大容量のメモリを得ることができる
と共に、大きなキャリア移動度を得ることができるか
ら、充分な書き込み/読み出し速度を得ることができ
る。また、強誘電体層が金属電極に挟み込まれているこ
とから、自発分極が安定であるとともに、能動部と記憶
部が位置的に分離して形成されていることから熱の印加
に対して半導体と強誘電体の熱膨張係数の相違にともな
う歪あるいはクラックが入ることがない。
As is apparent from the above description, since the nonvolatile memory cell of the present invention can easily obtain a large area, unlike the conventional one, it is possible to use the non-volatile memory cell without using the fine processing technology. Since a large capacity memory can be obtained and a large carrier mobility can be obtained, a sufficient write / read speed can be obtained. In addition, since the ferroelectric layer is sandwiched between the metal electrodes, the spontaneous polarization is stable, and the active portion and the memory portion are formed so as to be spatially separated from each other. There is no strain or crack due to the difference in the coefficient of thermal expansion of the ferroelectric.

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

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

【図2】図1に示した1トランジスタ+1キャパシタD
RAM形メモリセルの実施例の模式図。
FIG. 2 is one transistor plus one capacitor D shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram of an example of a RAM type memory cell.

【図3】本願発明を1トランジスタ+1キャパシタDR
AM形メモリセルに適用した他の実施例の構成の模式
図。
FIG. 3 shows the present invention in which 1 transistor and 1 capacitor DR are used.
The schematic diagram of the structure of the other Example applied to the AM type memory cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 能動部 2 記憶部 3 絶縁基板 4 半導体層 5 ソース領域 6 ドレイン領域 7,8 コンタクト層 9 ソース電極 10 ドレイン電極 11 ゲート絶縁膜 12 ゲート電極 13 記憶電極 14 強誘電体薄膜 15 接続電極 16 絶縁体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Active part 2 Storage part 3 Insulating substrate 4 Semiconductor layer 5 Source region 6 Drain region 7,8 Contact layer 9 Source electrode 10 Drain electrode 11 Gate insulating film 12 Gate electrode 13 Storage electrode 14 Ferroelectric thin film 15 Connection electrode 16 Insulator

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

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁基板上に隣接して形成された能動部
及び記憶部からなり、前記能動部は、前記絶縁基板上に
形成された半導体層、該半導体層表面に離間して形成さ
れたソース領域及びドレイン領域、前記ソース領域及び
前記ドレイン領域上に各々形成されたソース電極及びド
レイン電極、前記半導体層上のソース領域と前記ドレイ
ン領域との間の離間した部分の表面に形成されたゲート
絶縁膜、該ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極から
なり、前記記憶部は、前記絶縁基板上に形成された記憶
電極、該記憶電極上に形成された強誘電体薄膜、該強誘
電体薄膜上に形成された接続電極からなり、前記能動部
のゲート電極と前記記憶部の接続電極が電気的に接続さ
れていることを特徴とする不揮発性メモリセル。
1. An active part and a memory part formed adjacent to each other on an insulating substrate, wherein the active part is formed on a semiconductor layer formed on the insulating substrate and on a surface of the semiconductor layer with a space therebetween. A source region and a drain region, a source electrode and a drain electrode formed on the source region and the drain region, respectively, and a gate formed on the surface of a separated portion between the source region and the drain region on the semiconductor layer. An insulating film and a gate electrode formed on the gate insulating film, and the memory unit includes a memory electrode formed on the insulating substrate, a ferroelectric thin film formed on the memory electrode, and the ferroelectric. A nonvolatile memory cell comprising a connection electrode formed on a thin film, wherein a gate electrode of the active portion and a connection electrode of the storage portion are electrically connected.
【請求項2】 半導体層が、多結晶半導体層であること
を特徴とする請求項1記載の不揮発性メモリセル。
2. The non-volatile memory cell according to claim 1, wherein the semiconductor layer is a polycrystalline semiconductor layer.
JP3350774A 1991-12-12 1991-12-12 Nonvolatile memory cell Withdrawn JPH05211307A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5747846A (en) * 1993-11-25 1998-05-05 Nippondenso Co., Ltd. Programmable non-volatile memory cell

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5747846A (en) * 1993-11-25 1998-05-05 Nippondenso Co., Ltd. Programmable non-volatile memory cell

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