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JPH02297974A - Thin-film e2prom - Google Patents

Thin-film e2prom

Info

Publication number
JPH02297974A
JPH02297974A JP1117582A JP11758289A JPH02297974A JP H02297974 A JPH02297974 A JP H02297974A JP 1117582 A JP1117582 A JP 1117582A JP 11758289 A JP11758289 A JP 11758289A JP H02297974 A JPH02297974 A JP H02297974A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
insulating film
gate electrode
memory transistor
selection transistor
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.)
Pending
Application number
JP1117582A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Matsumoto
広 松本
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.)
Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
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 Casio Computer Co Ltd filed Critical Casio Computer Co Ltd
Priority to JP1117582A priority Critical patent/JPH02297974A/en
Publication of JPH02297974A publication Critical patent/JPH02297974A/en
Pending legal-status Critical Current

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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄膜E’ FROMに関するものである。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a thin film E'FROM.

〔従来の技術〕 最近、E2PROMとして、メモリトランジスタと、こ
のメモリトランジスタを選択する選択トランジスタ(各
メモリトランジスタにそれぞれ接続される選択トランジ
スタ、または、メモリトランジスタのゲート、ソース、
ドレイン電極がつながる各配線にそれぞれ接続されるラ
イン選択トランジスタ)とを、薄膜トランジスタで構成
した薄111E2PROMが開発されている。
[Prior Art] Recently, as an E2PROM, a memory transistor and a selection transistor that selects this memory transistor (a selection transistor connected to each memory transistor, or a gate, source, etc. of a memory transistor,
A thin 111E2PROM has been developed in which a line selection transistor (line selection transistor) connected to each wiring connected to a drain electrode is formed of a thin film transistor.

この種の薄膜E2PROMとしては、上記選択トランジ
スタを通常の薄膜トランジスタとしたものが知られてい
るが、最近では、上記選択トランジスタのオン電流を大
きくするために、この選択トランジスタを、トランジス
タ本来のゲート絶縁膜のほかに、半導体層に電圧を印加
するもう1つのゲート電極を備えた薄膜トランジスタと
することが考えられている。
This kind of thin-film E2PROM is known to use a normal thin-film transistor as the selection transistor, but recently, in order to increase the on-state current of the selection transistor, the selection transistor is replaced with a gate insulated from the transistor's original gate insulation. It is being considered to form a thin film transistor that includes, in addition to the membrane, another gate electrode that applies voltage to the semiconductor layer.

第4図は、選択トランジスタを、トランジスタ本来のゲ
ート電極ともう1つのゲート電極との2つのゲート電極
を備えた薄膜トランジスタとした薄膜E2 FROMを
示したもので、ここでは、メモリトランジスタにそれぞ
れ選択トランジスタを接続したものを示している。
Figure 4 shows a thin film E2 FROM in which the selection transistor is a thin film transistor with two gate electrodes, the original gate electrode of the transistor and another gate electrode. This shows what is connected.

この薄膜E2 FROMは、ガラス等からなる絶縁性基
板1の上に、2つのゲート電極を備えた薄膜トランジス
タからなる選択トランジスタTIと、1つのゲート電極
をもつ薄膜トランジスタからなるメモリトランジスタT
2とを形成したもので、選択トランジスタTIは、基板
1上に形成された下部ゲート電極Glaと、このゲート
電極Glaの上に基板1のほぼ全面にわたって形成され
た窒化シリコンからなる下部ゲート絶縁ff2と、この
下部ゲート絶縁膜2の上に前記下部ゲート電極Glaに
対向させて形成された1−a−81(を型アモルファス
・シリコン)からなるn型半導体層3と、このn型半導
体層3の上にn“−a−81(n型不純物をドープした
アモルファス拳シリコン)からなるn型半導体層4を介
して形成されたソース電極Slおよびドレイン電極D1
と、その上に基板1のほぼ全面にわたって形成された窒
化シリコン(St N)からなる上部ゲート絶縁膜5と
、この上部ゲート絶縁膜5の上に前記i型半導体層3に
対向させて形成された上部ゲート電極Glbとからなっ
ている。この選択トランジスタT1の前記下部ゲート絶
縁膜2と上部ゲート絶縁膜5は、それぞれ、トランジス
タにヒステリシス性をもたせないないようにするために
、シリコン原子S1と窒素原子Nとの組成比Si/Nを
化学量論比(S i /N−0,75)とほぼ同じにし
た電荷蓄積機能のない窒化シリコンで形成されている。
This thin film E2 FROM has a selection transistor TI, which is a thin film transistor with two gate electrodes, and a memory transistor T, which is a thin film transistor with one gate electrode, on an insulating substrate 1 made of glass or the like.
2, the selection transistor TI includes a lower gate electrode Gla formed on the substrate 1, and a lower gate insulator ff2 made of silicon nitride formed on the gate electrode Gla over almost the entire surface of the substrate 1. and an n-type semiconductor layer 3 made of 1-a-81 (type amorphous silicon) formed on this lower gate insulating film 2 to face the lower gate electrode Gla, and this n-type semiconductor layer 3. A source electrode Sl and a drain electrode D1 are formed on the n-type semiconductor layer 4 made of n"-a-81 (amorphous silicon doped with n-type impurities).
an upper gate insulating film 5 made of silicon nitride (StN) formed thereon over almost the entire surface of the substrate 1; and an upper gate electrode Glb. The lower gate insulating film 2 and the upper gate insulating film 5 of the selection transistor T1 each have a composition ratio Si/N of silicon atoms S1 and nitrogen atoms N in order to prevent the transistor from having hysteresis. It is made of silicon nitride, which has almost the same stoichiometric ratio (S i /N-0, 75) and does not have a charge storage function.

この選択トランジスタTIは、トランジスタ本来の下部
ゲート電極Glaと、もう1つの上部ゲート電極Glb
とを偏えて、上部ゲート電極Glbからのn型半導体層
3への電圧の印加によりトランジスタのオン電流(I 
D ON)を太き(とるようにしたものである。
This selection transistor TI has an original lower gate electrode Gla and another upper gate electrode Glb.
By applying a voltage to the n-type semiconductor layer 3 from the upper gate electrode Glb, the on-current (I
DON) is made thicker.

また、メモリトランジスタT2は、前記選択トランジス
タTIの上に基板1のほぼ全面にわたって形成した窒化
シリコン等からなる層間絶縁膜6の上に形成されており
、このメモリトランジスタT2は、前記層間絶縁膜6の
上に形成したゲート電極G2と、このゲート電極G2の
上に基板全面にわたって形成された窒化シリコンからな
るゲート絶縁膜7と、このゲート絶縁膜7の上に前記ゲ
ート電極G2に対向させて形成された1−a−Slから
なるn型半導体層8と、このn型半導体層8の上にn”
−a−Siからなるn型半導体層9を介して形成された
ソース電極S2およびドレイン電極D2とからなってい
る。
Further, the memory transistor T2 is formed on an interlayer insulating film 6 made of silicon nitride or the like, which is formed over almost the entire surface of the substrate 1 on the selection transistor TI. a gate electrode G2 formed thereon, a gate insulating film 7 made of silicon nitride formed over the entire surface of the substrate on this gate electrode G2, and a gate insulating film 7 formed on this gate insulating film 7 to face the gate electrode G2. an n-type semiconductor layer 8 made of 1-a-Sl, and an n''
It consists of a source electrode S2 and a drain electrode D2 formed through an n-type semiconductor layer 9 made of -a-Si.

そして、前記ゲート絶縁膜7は、トランジスタにメモリ
効果をもたせるために、シリコン原子S1と窒素原子N
との組成比Sl/Nを、化学量論比(Sl /N−0,
75)より太きく (Si/N−0,85〜1.15)
 して電荷蓄積機能をもたせた窒化シリコンで形成され
ている。メモリトランジスタT2は、そのゲート絶縁膜
7が電荷蓄積機能をもっているために、VG (ゲート
電圧)−1DCドレイン電流)特性に大きなヒステリシ
ス性があり、したがってこのメモリトランジスタT2は
メモリ効果をもっている。このメモリトランジスタT2
は、そのゲート電極G2への印加電圧を制御することに
より、書込み/消去/続出し動作する。
The gate insulating film 7 is composed of silicon atoms S1 and nitrogen atoms N, in order to provide a memory effect to the transistor.
The composition ratio Sl/N is expressed as the stoichiometric ratio (Sl/N-0,
75) Thicker (Si/N-0,85~1.15)
It is made of silicon nitride which has a charge storage function. Since the gate insulating film 7 of the memory transistor T2 has a charge storage function, the memory transistor T2 has a large hysteresis in the VG (gate voltage)-1DC drain current) characteristic, and thus has a memory effect. This memory transistor T2
performs writing/erasing/continuation operation by controlling the voltage applied to the gate electrode G2.

なお、前記メモリトランジスタT2のドレイン電極D2
は図示しない接続配線によって選択トランジスタT1の
ソース電極S1に接続されており、また選択トランジス
タTlの各ゲート電極G la。
Note that the drain electrode D2 of the memory transistor T2
are connected to the source electrode S1 of the selection transistor T1 by connection wiring (not shown), and each gate electrode Gla of the selection transistor Tl.

Glbとドレイン電極D1およびメモリトランジスタT
2のゲート電極G2とソース電極S2はそれぞれ図示し
ない配線につながっている。また、10は窒化シリコン
等からなる保護絶縁膜である。
Glb, drain electrode D1 and memory transistor T
The gate electrode G2 and source electrode S2 of No. 2 are each connected to wiring not shown. Further, 10 is a protective insulating film made of silicon nitride or the like.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、上記従来の薄膜E2PROMは、基板1
上にまず選択トランジスタT1の下部ゲート電極Gla
を形成し、その上に下部ゲート絶縁膜2と、n型半導体
層3と、n型半導体層4と、ソース、ドレイン電極St
、Diと、上部ゲート絶縁膜5と、上部ゲート電極Gl
bとを積層形成して選択トランジスタT1を形成した後
、この選択トランジスタTlの上に層間絶縁膜6を形成
し、この層間絶縁膜6の上に、メモリトランジスタT2
のゲート電極G2と、n型半導体層7と、n型半導体層
8と、ソース、ドレイン電極S2.D2とを積層形成し
てメモリトランジスタT2を形成する製造工程で製造さ
れるものであるため、この薄膜E2PROMは、その製
造に多くの工程数を要するし、また薄膜E2PROM全
体の厚さもかなり厚いという問題をもっていた。
However, in the conventional thin film E2PROM, the substrate 1
First, the lower gate electrode Gla of the selection transistor T1 is shown above.
A lower gate insulating film 2, an n-type semiconductor layer 3, an n-type semiconductor layer 4, and source and drain electrodes St are formed thereon.
, Di, the upper gate insulating film 5, and the upper gate electrode Gl
After forming a selection transistor T1 by stacking the selection transistor T1, an interlayer insulating film 6 is formed on this selection transistor Tl, and a memory transistor T2 is formed on this interlayer insulating film 6.
gate electrode G2, n-type semiconductor layer 7, n-type semiconductor layer 8, source and drain electrodes S2. Since this thin film E2PROM is manufactured using a manufacturing process in which the memory transistor T2 is formed by laminating the memory transistor T2, this thin film E2PROM requires a large number of steps to manufacture, and the overall thickness of the thin film E2PROM is also quite thick. I had a problem.

本発明は上記のような実情にかんがみてなされたもので
あって、その目的とするところは、基板上に薄膜トラン
ジスタからなるメモリトランジスタと2つのゲート電極
を備えた薄膜トランジスタからなる選択トランジスタと
を形成したものでありながら、少ない工程数で能率よく
製造することができるとともに、全体の厚さも薄くする
ことができる薄膜E2 FROMを提供することにある
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to form a memory transistor made of a thin film transistor and a selection transistor made of a thin film transistor provided with two gate electrodes on a substrate. The object of the present invention is to provide a thin film E2 FROM, which can be manufactured efficiently with a small number of steps and whose overall thickness can be reduced.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の薄膜E2 FROMは、上記目的を達成するた
めに、基板上に、選択トランジスタ用下部ゲート電極と
、前記基板のほぼ全面にわたる選択トランジスタ用下部
ゲート絶縁膜と、選択トランジスタ用半導体層と、選択
トランジスタ用ソース。
In order to achieve the above object, the thin film E2 FROM of the present invention includes, on a substrate, a lower gate electrode for a selection transistor, a lower gate insulating film for a selection transistor covering almost the entire surface of the substrate, and a semiconductor layer for a selection transistor. Source for selection transistor.

ドレイン電極と、前記基板のほぼ全面にわたる選択トラ
ンジスタ用上部ゲート絶縁膜とを積層し、前記上部ゲー
ト絶縁膜の上に、前記選択トランジスタ用半導体層に対
向する選択トランジスタ用上部ゲート電極と、メモリト
ランジスタ用ゲート電極とを形成するとともに、前記メ
モリトランジスタ用ゲート電極の上に、電荷蓄積機能を
もつメモリトランジスタ用ゲート絶縁膜と、メモリトラ
ンジスタ用半導体層と、メモリトランジスタ用ソース、
ドレイン電極とを積層したものである。
A drain electrode and an upper gate insulating film for a selection transistor covering almost the entire surface of the substrate are laminated, and on the upper gate insulating film, an upper gate electrode for the selection transistor facing the semiconductor layer for the selection transistor, and a memory transistor. a gate electrode for the memory transistor, and on the gate electrode for the memory transistor, a gate insulating film for the memory transistor having a charge storage function, a semiconductor layer for the memory transistor, a source for the memory transistor,
A drain electrode is laminated.

また、本発明の薄膜E2PROMは、基板上に、選択ト
ランジスタ用下部ゲート電極と、前記基板のほぼ全面に
わたる選択トランジスタ用下部ゲート絶縁膜と、選択ト
ランジスタ用半導体層と、選択トランジスタ用ソース、
ドレイン電極と、前記基板のほぼ全面にわたる選択トラ
ンジスタ用上部ゲート絶縁膜とを積層し、前記上部ゲー
ト絶縁膜の上に、前記選択トランジスタ用半導体層に対
向する選択トランジスタ用上部ゲート電極と、メモリト
ランジスタ用の第1のゲート電極とを形成するとともに
、前記第1のゲート電極の上に、メモリトランジスタ用
の第1のゲート絶縁膜と、メモリトランジスタ用半導体
層と、メモリトランジスタ用ソース、ドレイン電極と、
メモリトランジスタ用の第2のゲート絶縁膜と、メモリ
トランジスタ用の第2のゲート電極とを積層してなり、
かつ前記メモリトランジスタ用の第1のゲート絶縁膜と
第2のゲート絶縁膜とのいずれか一方を電荷蓄積機能を
もつ絶縁膜とし、他方のゲート絶縁膜は電荷蓄積機能を
もたない絶縁膜とするとともに、前記メモリトランジス
タ用の第1のゲート電極と第2のゲート電極とのうち、
電荷蓄積機能をもつゲート絶縁膜を介して前記メモリト
ランジスタ用半導体層と対向するゲート電極を書込みお
よび消去用電極とし、電荷蓄積機能をもたないゲート絶
縁膜を介して前記メモリトランジスタ用半導体層と対向
するゲート電極を読出し用電極としたものである。
The thin film E2PROM of the present invention further includes, on a substrate, a lower gate electrode for a selection transistor, a lower gate insulating film for the selection transistor covering almost the entire surface of the substrate, a semiconductor layer for the selection transistor, a source for the selection transistor,
A drain electrode and an upper gate insulating film for a selection transistor covering almost the entire surface of the substrate are laminated, and on the upper gate insulating film, an upper gate electrode for the selection transistor facing the semiconductor layer for the selection transistor, and a memory transistor. a first gate electrode for the memory transistor, and a first gate insulating film for the memory transistor, a semiconductor layer for the memory transistor, and source and drain electrodes for the memory transistor on the first gate electrode. ,
A second gate insulating film for a memory transistor and a second gate electrode for a memory transistor are laminated,
and one of the first gate insulating film and the second gate insulating film for the memory transistor is an insulating film having a charge storage function, and the other gate insulating film is an insulating film having no charge storage function. At the same time, among the first gate electrode and the second gate electrode for the memory transistor,
A gate electrode facing the memory transistor semiconductor layer through a gate insulating film having a charge storage function is used as a writing and erasing electrode, and a gate electrode facing the memory transistor semiconductor layer through a gate insulating film not having a charge storage function is used as a writing and erasing electrode. The opposing gate electrodes are used as readout electrodes.

〔作用〕[Effect]

すなわち、本発明の薄膜E2PROMは、選択トランジ
スタの上部ゲート絶縁膜の上に、選択トランジスタの上
部ゲート電極と、メモリトランジスタのゲート電極とを
形成して、従来の薄膜E2PROMにおいて選択トラン
ジスタの上に設けられている層間絶縁膜を不要としたも
のであり、このように、選択トランジスタの上部ゲート
絶縁膜の上に選択トランジスタの上部ゲート電極とメモ
リトランジスタのゲート電極とを形成すれば、この選択
トランジスタの上部ゲート電極とメモリトランジスタの
ゲート電極とを一工程で同時に形成することができるし
、前記層間絶BHの形成工程も不要となる。したがって
、本発明の薄膜E2 FROMは、基板上に薄膜トラン
ジスタからなるメモリトランジスタと2つのゲート電極
を備えた薄膜トランジスタからなる選択トランジスタと
を形成したものでありながら、従来の薄膜E’ FRO
Mに比べて少ない工程数で能率よく製造することができ
るし、また前記層間絶縁膜をなくした分だけ薄@E2 
FROM全体の厚さも薄くすることができる。
That is, in the thin film E2PROM of the present invention, the upper gate electrode of the selection transistor and the gate electrode of the memory transistor are formed on the upper gate insulating film of the selection transistor. By forming the upper gate electrode of the selection transistor and the gate electrode of the memory transistor on the upper gate insulating film of the selection transistor, the selection transistor's The upper gate electrode and the gate electrode of the memory transistor can be formed simultaneously in one step, and the step of forming the interlayer BH is also unnecessary. Therefore, although the thin film E2 FROM of the present invention has a memory transistor made of a thin film transistor and a selection transistor made of a thin film transistor provided with two gate electrodes formed on a substrate, it is different from the conventional thin film E'FROM.
It can be manufactured efficiently with fewer steps than M, and is thinner due to the elimination of the interlayer insulating film.
The thickness of the entire FROM can also be reduced.

また、本発明の薄膜E’ FROMは、前記選択トラン
ジスタの上部ゲート絶縁膜の上に形成するメモリトラン
ジスタのゲート電極を、このモリトランジスタの第1の
ゲート電極とするとともに、この第1のゲート電極の上
に、メモリトランジスタ用の第1のゲート絶縁膜と、メ
モリトランジスタ用半導体層と、メモリトランジスタ用
ソース。
Further, in the thin film E' FROM of the present invention, the gate electrode of the memory transistor formed on the upper gate insulating film of the selection transistor is the first gate electrode of this memory transistor, and the first gate electrode A first gate insulating film for a memory transistor, a semiconductor layer for a memory transistor, and a source for a memory transistor.

ドレイン電極と、メモリトランジスタ用の第2のゲート
絶縁膜と、メモリトランジスタ用の第2のゲート電極と
を積層して前記メモリトランジスタを、第1と第2のゲ
ート電極をもつトランジスタとし、かつ、第1のゲート
絶縁膜と第2のゲート絶縁膜とのいずれか一方を電荷蓄
積機能をもつ絶縁膜とし、他方のゲート絶縁膜は電荷蓄
積機能をもたない絶縁膜とすることによって、書込みお
よび消去は、前記第1と第2のゲート電極のうち電荷蓄
積機能をもつゲート絶縁膜を介して前記メモリトランジ
スタ用半導体層と対向するゲート電極を使用して行ない
、読出しは、電荷蓄積機能をもたないゲート絶縁膜を介
して前記メモリトランジスタ用半導体層と対向するゲー
ト電極を使用して行なうようにしたものであり、前記メ
モリトランジスタをこのような構成とすれば、読出しを
繰返してもメモリトランジスタの閾値電圧は変化しない
から、半永久的に安定15た読出しを行なうことができ
る。そして、この薄膜E2PROMにおいても、選択ト
ランジスタの上部ゲート絶縁膜の上に選択トランジスタ
の上部ゲート電極とメモリトランジスタの第1のゲート
電極とを形成しているから、選択トランジスタの上部ゲ
ート電極とメモリトランジスタの第1のゲート電極とを
一工程で同時に形成することができるとともに、従来の
薄膜E2PROMにおいて選択トランジスタの上に設け
られている層間絶縁膜を不要とすることができる。した
がって、この薄膜E2 FROMは、選択トランジスタ
を2つのゲート電極を備えたものとし、さらにメモリト
ランジスタも書込みおよび消去用と読出し用との2つの
ゲート電極を備えたものとしたものでありながら、従来
の薄膜E2 FROMのメモリトランジスタにもう1つ
の読出し用ゲート電極を設ける場合に比べて、少ない工
程数で能率よく製造することができるとともに、薄膜E
2PROM全体の厚さも薄くすることができる。
A drain electrode, a second gate insulating film for the memory transistor, and a second gate electrode for the memory transistor are laminated to form the memory transistor into a transistor having first and second gate electrodes, and Writing and Erasing is performed using the gate electrode of the first and second gate electrodes that faces the memory transistor semiconductor layer via a gate insulating film having a charge storage function, and reading is performed using the gate electrode that also has a charge storage function. This is done by using a gate electrode that faces the semiconductor layer for the memory transistor through a gate insulating film that does not have a high temperature.If the memory transistor is configured in this way, the memory transistor will remain intact even after repeated reading. Since the threshold voltage of 15 does not change, stable reading can be performed semi-permanently. Also in this thin film E2PROM, since the upper gate electrode of the selection transistor and the first gate electrode of the memory transistor are formed on the upper gate insulating film of the selection transistor, the upper gate electrode of the selection transistor and the first gate electrode of the memory transistor are formed. and the first gate electrode can be formed simultaneously in one step, and the interlayer insulating film provided on the selection transistor in the conventional thin film E2PROM can be made unnecessary. Therefore, although this thin film E2 FROM has a selection transistor equipped with two gate electrodes and a memory transistor also equipped with two gate electrodes, one for writing and erasing and one for reading, it is different from the conventional one. The thin film E2 can be manufactured more efficiently with fewer steps compared to the case where another readout gate electrode is provided in the FROM memory transistor, and the thin film E2
The overall thickness of the 2PROM can also be reduced.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の第1の実施例を、メモリトランジスタに
それぞれ選択トランジスタを接続した薄膜E2 FRO
Mについて第1図および第2図を参照し説明する。
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be explained using a thin film E2 FRO in which a selection transistor is connected to each memory transistor.
M will be explained with reference to FIGS. 1 and 2.

この実施例の薄膜E2PROMは、第1図に示すように
、ガラス等からなる絶縁性基板11の上に、2つのゲー
ト電極を備えた薄膜トランジスタからなる選択トランジ
スタTIOと、1つのゲート電極をもつ薄膜トランジス
タからなるメモリトランジスタ720とを形成したもの
である。
As shown in FIG. 1, the thin film E2PROM of this embodiment has a selection transistor TIO, which is a thin film transistor with two gate electrodes, and a thin film transistor with one gate electrode, on an insulating substrate 11 made of glass or the like. A memory transistor 720 is formed.

前記選択トランジスタTIOは、前記基板11上に形成
した選択トランジスタ用下部ゲート電極GIOaと、こ
の下部ゲート電極G lOaの上に前記基板11のほぼ
全面にわたって形成した窒化シリコン(SIN)からな
る選択トランジスタ用下部ゲート絶縁膜12と、この下
部ゲート絶縁膜12の上に前記下部ゲート電極G10a
に対向させて形成した1−a−3lからなる選択トラン
ジスタ用i型半導体層13と、このl型半導体層13の
上(;n“−a−3iからなるn型半導体層14を介し
て形成した選択トランジスタ用ソース、ドレイン電極S
IO,DIOと、前記i型半導体層13およびソース、
ドレイン電極SIO,DIOの上に前記基板11のほぼ
全面にわたって形成した窒化シリコンからなる選択トラ
ンジスタ用上部ゲート絶縁膜15とを積層し、この上部
ゲート絶縁膜15の上に前記i型半導体層13に対向さ
せて形成した選択トランジスタ用上部ゲート電極G10
bとからなっている。この選択トランジスタTIOの前
記下部ゲート絶縁膜12と上部ゲート絶縁膜15は、そ
れぞれ、シリコン原子S1と窒素原子Nとの組成比Si
/Nを化学量論比(Si/N−0,75)とほぼ同じに
した電荷蓄積機能のない窒化シリコンで形成されている
The selection transistor TIO includes a selection transistor lower gate electrode GIOa formed on the substrate 11, and a selection transistor made of silicon nitride (SIN) formed on the lower gate electrode GIOa over almost the entire surface of the substrate 11. A lower gate insulating film 12 and the lower gate electrode G10a on this lower gate insulating film 12.
An i-type semiconductor layer 13 for selection transistors made of 1-a-3l formed opposite to , and an n-type semiconductor layer 14 made of 1-a-3i formed on top of this l-type semiconductor layer 13 (; Select transistor source and drain electrodes S
IO, DIO, the i-type semiconductor layer 13 and the source,
An upper gate insulating film 15 for a select transistor made of silicon nitride formed over almost the entire surface of the substrate 11 is laminated on the drain electrodes SIO and DIO, and the i-type semiconductor layer 13 is formed on the upper gate insulating film 15. Upper gate electrode G10 for selection transistor formed to face each other
It consists of b. The lower gate insulating film 12 and the upper gate insulating film 15 of this selection transistor TIO have a composition ratio of silicon atoms S1 and nitrogen atoms N, respectively.
It is made of silicon nitride, which has no charge storage function and has a ratio of /N almost equal to the stoichiometric ratio (Si/N-0,75).

また、前記メモリトランジスタT20は、上記選択トラ
ンジスタTIOの上部ゲート絶縁膜15の上に形成した
メモリトランジスタ用ゲート電極G20と、このゲート
電極G20の上に前記基板11のほぼ全面にわたって形
成した窒化シリコンからなるメモリトランジスタ用ゲー
ト絶縁膜16と、このゲート絶縁膜16の上に前記ゲー
ト電極G20に対向させて形成した1−a−81からな
るメモリトランジスタ用i型半導体層17と、このl型
半導体層17の上にn”−a−Stからなるn型半導体
層18を介して形成したメモリトランジスタ用ソース、
ドレイン電極820.  D20とからなっている。そ
して、このメモリトランジスタT20の前記ゲート絶縁
膜16は、メモリトランジスタT20にメモリ効果をも
たせるために、シリコン原子S1と窒素原子Nとの組成
比S1/Nを化学量論比(S l /N−0,75)よ
り太きく  (31/N−0,85〜1.15) して
電荷蓄積機能をもたせた窒化シリコンで形成されている
The memory transistor T20 is made of a memory transistor gate electrode G20 formed on the upper gate insulating film 15 of the selection transistor TIO, and silicon nitride formed on the gate electrode G20 over almost the entire surface of the substrate 11. A gate insulating film 16 for a memory transistor, an i-type semiconductor layer 17 for a memory transistor made of 1-a-81 formed on this gate insulating film 16 facing the gate electrode G20, and this l-type semiconductor layer. a memory transistor source formed on 17 via an n-type semiconductor layer 18 made of n''-a-St;
Drain electrode 820. It consists of D20. The gate insulating film 16 of the memory transistor T20 has a composition ratio S1/N of silicon atoms S1 and nitrogen atoms N in a stoichiometric ratio (S l /N-) in order to provide a memory effect to the memory transistor T20. 0.75) and is made of silicon nitride which is thicker (31/N-0.85 to 1.15) and has a charge storage function.

なお、前記メモリトランジスタT20のドレイン電極1
)20は図示しない接続配線によって選択トランジスタ
TIOのソース電極SIOに接続されており、また選択
トランジスタTIOの各ゲート電極GIOa。
Note that the drain electrode 1 of the memory transistor T20
) 20 is connected to the source electrode SIO of the selection transistor TIO by a connection wiring (not shown), and is connected to each gate electrode GIOa of the selection transistor TIO.

G 10bとドレイン電極DIOおよびメモリトランジ
スタT20のゲート電極G20とソース電極820はそ
れぞれ図示しない配線につながっている。また、19は
窒化シリコン等からなる保護絶縁膜である。
G10b, the drain electrode DIO, and the gate electrode G20 and source electrode 820 of the memory transistor T20 are respectively connected to wiring not shown. Further, 19 is a protective insulating film made of silicon nitride or the like.

すなわち、この薄膜E2PROMは、選択トランジスタ
TIOの上部ゲート絶縁膜15の上に、選択トランジス
タT10の上部ゲート電極G lObと、メモリトラン
ジスタT20のゲート電極G20とを形成して、従来の
薄膜E2PROMにおいて選択トランジスタの上に設け
られている層間絶縁膜をなくしたものであり、このよう
に、選択トランジスタTIOの上部ゲート絶縁膜15の
上に選択トランジスタT20の上部ゲート電極G LO
bとメモリトランジスタT20のゲート電極G20とを
形成すれば、この選択トランジスタTIOの上部ゲート
電極G lObとメモリトランジスタ?20のゲート電
極G20とを一工程で同時に形成することができる。
That is, in this thin film E2PROM, the upper gate electrode G1Ob of the selection transistor T10 and the gate electrode G20 of the memory transistor T20 are formed on the upper gate insulating film 15 of the selection transistor TIO, and the selection transistor TIO is selected. The interlayer insulating film provided on the transistor is eliminated, and in this way, the upper gate electrode GLO of the selection transistor T20 is placed on the upper gate insulating film 15 of the selection transistor TIO.
b and the gate electrode G20 of the memory transistor T20, the upper gate electrode G1Ob of the selection transistor TIO and the memory transistor ? Twenty gate electrodes G20 can be formed simultaneously in one process.

第2図は上記薄膜E” FROMの製造工程を示したも
ので、この薄$E2 FROMは次のような工程で製造
することができる。
FIG. 2 shows the manufacturing process of the thin film E" FROM. This thin $E2 FROM can be manufactured by the following steps.

まず、基板11上にクロム(Cr )等の金属膜を真空
蒸着法またはスパッタリング法により膜付けし、この金
属膜をバターニングして、第2図(a)に示すように、
選択トランジスタTIOの下部ゲート電極G 10aと
この下部ゲート電極G 10aにつながるゲート配線を
形成する。
First, a metal film such as chromium (Cr) is deposited on the substrate 11 by vacuum evaporation or sputtering, and this metal film is buttered, as shown in FIG. 2(a).
A lower gate electrode G 10a of the selection transistor TIO and a gate wiring connected to this lower gate electrode G 10a are formed.

次に、第2図(b)に示すように、前記基板11上の全
面に、S1/Nの値を81/N−0,75と同程度にし
た窒化シリコンをプラズマCVD法により堆積させて選
択トランジスタ用下部ゲート絶縁11112を形成し、
続けてその上に、t−a−81と、n”−a−31とを
プラズマCVD法により連続して堆積させてn型半導体
層13とn型半導体層14とを形成するとともに、さら
にその上に、選択トランジスタTIOのソース。
Next, as shown in FIG. 2(b), silicon nitride with an S1/N value of about 81/N-0.75 is deposited on the entire surface of the substrate 11 by plasma CVD. forming a lower gate insulator 11112 for the selection transistor;
Subsequently, t-a-81 and n''-a-31 are successively deposited thereon by the plasma CVD method to form the n-type semiconductor layer 13 and the n-type semiconductor layer 14, and further. On top, the source of the selection transistor TIO.

ドレイン電極SIO,DIOとなるクロム等の金属膜a
を真空蒸着法またはスパッタリング法により膜付けする
Metal film a such as chromium that becomes the drain electrodes SIO and DIO
A film is formed by vacuum evaporation or sputtering.

次に、第2図(c)に示すように、上記金属膜aとn型
半導体層14とをフォトリソグラフィ法によりパターニ
ングし、上記金属膜aからなる選択トランジスタ用ソー
ス、ドレイン電極810゜010および前記ドレイン電
極DIOにつながるドレイン配線を形成するとともに、
上記n型半導体層14の不要部分を除去し、さらに前記
i型半導体層13をフォトリソグラフィ法により選択ト
ランジスタTIOの素子形状にパターニングする。
Next, as shown in FIG. 2(c), the metal film a and the n-type semiconductor layer 14 are patterned by photolithography, and the source and drain electrodes 810°010 and While forming a drain wiring connected to the drain electrode DIO,
Unnecessary portions of the n-type semiconductor layer 14 are removed, and the i-type semiconductor layer 13 is further patterned into the element shape of the selection transistor TIO by photolithography.

次に、第2図(d)に示すように、前記基板11の全面
にわたって、St/Nの値をSl/N−,0,75と同
程度にした窒化シリコンをプラズマCVD法により堆積
させて選択トランジスタ用上部ゲート絶縁膜15を形成
し、続けてその上に、選択トランジスタTIOの上部ゲ
ート電極GIOおよびメモリトランジスタT20のゲー
ト電極G20となるクロム等の金属膜すを真空蒸着法ま
たはスパッタリング法により膜付けする。
Next, as shown in FIG. 2(d), silicon nitride with a St/N value of approximately the same as Sl/N-, 0.75 is deposited over the entire surface of the substrate 11 by plasma CVD. The upper gate insulating film 15 for the selection transistor is formed, and then a metal film such as chromium, which will become the upper gate electrode GIO of the selection transistor TIO and the gate electrode G20 of the memory transistor T20, is deposited thereon by vacuum evaporation or sputtering. Attach a film.

次に、′W42図(e)に示すように、上記金属膜すを
フォトリソグラフィ法によりバターニングし、この金属
膜すからなる選択トランジスタ用上部ゲート電極G 1
0bとメモリトランジスタ用ゲート電極G20およびこ
の各ゲート電極G10b、020にそれぞれつながるゲ
ート配線を形成する。この時点で、2つのゲート電極G
 lOa 、 G 10bをもつ選択トランジスタTI
Oが完成する。
Next, as shown in Figure 42(e), the metal film is patterned by photolithography, and the upper gate electrode G1 for the selection transistor is made of this metal film.
0b, a memory transistor gate electrode G20, and a gate wiring connected to each gate electrode G10b, 020, respectively. At this point, the two gate electrodes G
Select transistor TI with lOa, G 10b
O is completed.

次に、第2図Cf)に示すように、基板11の全面にわ
たって、Sl/Nの値を81/N−0,85〜1,15
にした電荷蓄積機能をもつ窒化シリコンをプラズマCV
D法により堆積させてメモリトランジスタ用ゲート絶縁
膜16を形成し、続けてその上に、1−a−8iと、n
”−a−8l とをプラズマCVD法により連続して堆
積させてn型半導体層17とn型半導体層18とを形成
するとともに、さらにその上に、メモリトランジスタT
20のソース、ドレイン電極S20.020となるクロ
ム等の金属lICを真空蒸着法またはスパッタリング法
により膜付けする。
Next, as shown in FIG.
Plasma CV
A gate insulating film 16 for a memory transistor is formed by depositing by method D, and then 1-a-8i and n
"-a-8l" are successively deposited by a plasma CVD method to form an n-type semiconductor layer 17 and an n-type semiconductor layer 18, and further thereon, a memory transistor T is formed.
A film of metal IC such as chromium, which will become the source and drain electrodes S20.020, is deposited by vacuum evaporation or sputtering.

次に、第2図(g)に示すように、上記金属膜Cとn型
半導体層18とをフォトリソグラフィ法によりバターニ
ングし、上記金属膜Cからなるメモリトランジスタ用ソ
ース、ドレイン電極S20゜D20および前記ソース電
極S20につながるソース配線を形成するとともに、上
記n型半導体層18め不要部分を除去し、さらに前記i
型半導体層17をフォトリソグラフィ法によりメモリト
ランジスタT20の素子形状にパターニングして、メモ
リトランジスタT20を完成する。
Next, as shown in FIG. 2(g), the metal film C and the n-type semiconductor layer 18 are patterned by photolithography to form source and drain electrodes S20°D20 for the memory transistor made of the metal film C. and forming a source wiring connected to the source electrode S20, removing an unnecessary portion of the n-type semiconductor layer 18, and further removing the unnecessary portion of the n-type semiconductor layer 18;
The semiconductor layer 17 is patterned into the element shape of the memory transistor T20 by photolithography to complete the memory transistor T20.

この後は、選択トランジスタTIOおよびメモリトラン
ジスタT20を覆う窒化シリコン等からなる保護絶縁膜
19を形成して第1図に示した薄膜E、2PROMを完
成する。
Thereafter, a protective insulating film 19 made of silicon nitride or the like is formed to cover the selection transistor TIO and the memory transistor T20, thereby completing the thin film E, 2PROM shown in FIG.

このように、上記薄111E2 FROMによれば、そ
の製造に際して、選択トランジスタTIOの上部ゲート
電極G 10bとメモリトランジスタT20のゲート電
極G20とを一工程で同時に形成することができるし、
また従来の薄膜E2PROMにおいて選択トランジスタ
の上に設けられている層間絶縁膜の形成工程も不要であ
る。
In this way, according to the thin 111E2 FROM, the upper gate electrode G10b of the selection transistor TIO and the gate electrode G20 of the memory transistor T20 can be simultaneously formed in one process during its manufacture.
Further, there is no need for the step of forming an interlayer insulating film provided on the selection transistor in the conventional thin film E2PROM.

したがって、上記薄@E’ FROMは、基板11上に
薄膜トランジスタからなるメモリトランジスタT20と
2つのゲート電極G LOa 、 G fobを備えた
薄膜トランジスタからなる選択トランジスタT10とを
形成したものでありながら、従来の薄膜E2PROMに
比べて少ない工程数で能率よく製造することができるし
、また前記層間絶縁膜をなくした分だけ薄膜E2 FR
OM全体の厚さも薄くすることができる。
Therefore, although the thin @E'FROM has a memory transistor T20 made of a thin film transistor and a selection transistor T10 made of a thin film transistor provided with two gate electrodes G LOa and G fob formed on the substrate 11, it is different from the conventional one. Compared to thin film E2 FR, it can be manufactured efficiently with fewer steps, and the thin film E2 FR can be manufactured by eliminating the interlayer insulating film.
The overall thickness of the OM can also be reduced.

なお、上記実施例では、メモリトランジスタ720を、
1つのゲート電極G20をもつもめとしているが、この
メモリトランジスタT20は、書込みおよび消去用のゲ
ート電極と読出し用のゲート電極との2つのゲート電極
020をもつものとしてもよい。
Note that in the above embodiment, the memory transistor 720 is
Although it is assumed that the memory transistor T20 has one gate electrode G20, the memory transistor T20 may have two gate electrodes 020, one for writing and erasing and one for reading.

M3図は本発明の第2の実施例を示したもので、この実
施例の薄膜E2PROMは、選択トランジスタTIOと
メモリトランジスタT20とを、それぞれ2つのゲート
電極をもつものとしたものである。
FIG. M3 shows a second embodiment of the present invention, and the thin film E2PROM of this embodiment has a selection transistor TIO and a memory transistor T20 each having two gate electrodes.

この実施例の薄膜E2 FROMは、基板11上に、選
択トランジスタ用下部ゲート電極G 10aと、前記基
板11のほぼ全面にわたる選択トランジスタ用下部ゲー
ト絶縁膜12と、選択トランジスタ用i型半導体層13
と、選択トランジスタ用のn型半導体層14およびソー
ス、ドレイン電極s io。
The thin film E2 FROM of this embodiment includes, on a substrate 11, a lower gate electrode G 10a for a selection transistor, a lower gate insulating film 12 for a selection transistor covering almost the entire surface of the substrate 11, and an i-type semiconductor layer 13 for a selection transistor.
and an n-type semiconductor layer 14 and source and drain electrodes sio for the selection transistor.

DIDと、前記基板11のほぼ全面にわたる選択トラン
ジスタ用上部ゲート絶縁膜15とを積層し、前記上部ゲ
ート絶縁膜15の上に、前記選択トランジスタ用i型半
導体層13に対向する選択トランジスタ用上部ゲート電
極G fobと、メモリトランジスタ用の第1のゲート
電極G 20aとを形成するとともに、前記第1のゲー
ト電極G 20aの上に、メモリトランジスタ用の荷蓄
積機能をもつ第1のゲート絶縁膜(S1/N−0,85
〜1.15の窒化シリコン膜)16と、メモリトランジ
スタ用i型半導体層17と、メモリトランジスタ用のn
型半導体層18およびソース、ドレイン電極S20.D
20と、メモリトランジスタ用の第2のゲート絶縁膜(
荷蓄積機能をもたない窒化シリコン膜)20と、メモリ
トランジスタ用の第2のゲート電極G 20bとを積層
したものである。
A DID and an upper gate insulating film 15 for a selection transistor covering almost the entire surface of the substrate 11 are laminated, and an upper gate for a selection transistor facing the i-type semiconductor layer 13 for a selection transistor is formed on the upper gate insulating film 15. An electrode G fob and a first gate electrode G 20a for the memory transistor are formed, and a first gate insulating film (having a load storage function for the memory transistor) is formed on the first gate electrode G 20a. S1/N-0,85
~1.15 silicon nitride film) 16, i-type semiconductor layer 17 for memory transistor, and n-type semiconductor layer 17 for memory transistor.
type semiconductor layer 18 and source and drain electrodes S20. D
20 and a second gate insulating film for the memory transistor (
A silicon nitride film 20 having no load storage function and a second gate electrode G 20b for a memory transistor are stacked.

そして、前記メモリトランジスタT20の第1のゲート
電極020aと第2のゲート電極G 20bとのうち、
電荷蓄積機能をもつ第1のゲート絶縁膜16を介して前
記i型半導体層17と対向する第1のゲート電極G 2
0aは、書込みおよび消去用電極とされており、また電
荷蓄積機能をもたない第2のゲート絶縁膜20を介して
前記i型半導体層17と対向する第2のゲート電極G 
20bは、読出し用電極とされている。
Of the first gate electrode 020a and the second gate electrode G20b of the memory transistor T20,
A first gate electrode G 2 facing the i-type semiconductor layer 17 via a first gate insulating film 16 having a charge storage function.
0a is a second gate electrode G which is used as a writing and erasing electrode and which faces the i-type semiconductor layer 17 via a second gate insulating film 20 which does not have a charge storage function.
20b is a reading electrode.

すなわち、この実施例の薄膜E2PROMは、そのメモ
リトランジスタT20に第1のゲート電極G 20aと
第2のゲート電極G 20bとを設けることによって、
書込みおよび消去は、前記第1と第2のゲート電極G2
0a 、 G20bのうち電荷蓄積機能をもつ第1のゲ
ート絶縁膜16を介してn型半導体層17と対向する第
1のゲート電極020aを使用して行ない、読出しは、
電荷蓄積機能をもたない第2のゲート絶縁膜20を介し
て1型半導体層17と対向する第2のゲート電極G 2
0bを使用して行なうようにしたものであり、前記メモ
リトランジスタT20をこのような構成とすれば、読出
しを繰返してもメモリトランジスタT20の閾値電圧は
変化しないから、半永久的に安定した読出しを行なうこ
とができる(特願平1−15165号参照)。
That is, in the thin film E2PROM of this embodiment, by providing the memory transistor T20 with a first gate electrode G 20a and a second gate electrode G 20b,
Writing and erasing are performed using the first and second gate electrodes G2.
Reading is performed using the first gate electrode 020a of G20b, which faces the n-type semiconductor layer 17 via the first gate insulating film 16 having a charge storage function.
A second gate electrode G 2 facing the type 1 semiconductor layer 17 via a second gate insulating film 20 that does not have a charge storage function.
If the memory transistor T20 is configured in this way, the threshold voltage of the memory transistor T20 will not change even if reading is repeated, so reading can be performed semi-permanently and stably. (See Japanese Patent Application No. 1-15165).

そして、この実施例の薄@E2 FROMにおいても、
選択トランジスタTIOの上部ゲート絶縁膜15の上に
選択トランジスタTIOの上部ゲート電極G LGbと
メモリトランジスタT20の第1のゲート電極G 20
aとを形成しているから、選択トランジスタTIOの上
部ゲート電極G 10bとメモリトランジスタT20の
第1のゲート電極G 20aとを一工程で同時に形成す
ることができるとともに、従来の薄膜E2PROMにお
いて選択トランジスタの上に設けられている層間絶縁膜
を不要とすることができる。したがって、この薄膜E2
 FROMは、選択トランジスタTIOを2つのゲート
電極ctoa。
And also in the thin @E2 FROM of this example,
The upper gate electrode GLGb of the selection transistor TIO and the first gate electrode G20 of the memory transistor T20 are disposed on the upper gate insulating film 15 of the selection transistor TIO.
Since the upper gate electrode G 10b of the selection transistor TIO and the first gate electrode G 20a of the memory transistor T20 can be simultaneously formed in one process, the selection transistor The interlayer insulating film provided thereon can be made unnecessary. Therefore, this thin film E2
FROM has a selection transistor TIO with two gate electrodes ctoa.

G lObを備えたものとし、さらにメモリトランジス
タT20も書込みおよび消去用と読出し用との2つのゲ
ート電極G20a 、 G20bを備えたものとしたも
のでありながら、従来の薄膜E2 FROMのメモリト
ランジスタにもう1つの読出し用ゲート電極を設ける場
合に比べて、少ない工程数で能率よく製造することがで
きるとともに、薄膜E2 FROM全体の厚さも薄くす
ることができる。
Although the memory transistor T20 is also equipped with two gate electrodes G20a and G20b for writing and erasing and for reading, it is different from the conventional thin film E2 FROM memory transistor. Compared to the case where one readout gate electrode is provided, it can be manufactured efficiently with fewer steps, and the thickness of the entire thin film E2 FROM can also be reduced.

なお、この第2の実施例では、前記メモリトランジスタ
T20の第1のゲート電極G 20aを書込みおよび消
去用とし、第2のゲート電極G 20bを読出し用とし
ているが、これと逆に、前記第1のゲート電極G 20
aをを読出し用とし、第2のゲート電極G 20bを書
込みおよび消去用としてもよく、その場合は、第1のゲ
ート絶縁膜16を電荷蓄積機能をもたない絶縁膜とし、
第2のゲート絶縁膜20を電荷蓄積機能をもつ絶縁膜と
すればよい。
In this second embodiment, the first gate electrode G 20a of the memory transistor T20 is used for writing and erasing, and the second gate electrode G 20b is used for reading. 1 gate electrode G 20
a may be used for reading, and the second gate electrode G 20b may be used for writing and erasing. In that case, the first gate insulating film 16 is an insulating film that does not have a charge storage function,
The second gate insulating film 20 may be an insulating film having a charge storage function.

また、上記第1および第2の実施例では、メモリトラン
ジスタT20の電荷蓄積機能をもつゲート絶縁膜を、S
i/N−0,85〜1.15の窒化シリコンで形成して
いるが、このゲート絶縁膜は、ゲート電極側に誘電率が
10以上の高誘電体膜(酸化タンタル等)を形成し、i
型半導体層側に、Si/Hの値が化学量論比(l / 
N = C1,75)と同程度の窒化シリコンの薄膜(
膜厚50人〜2000人)を形成した二層膜としてもよ
く、この二層構造のゲート絶縁膜も、メモリ素子として
十分な電荷蓄積機能をもつ。
Further, in the first and second embodiments described above, the gate insulating film having a charge storage function of the memory transistor T20 is
This gate insulating film is made of silicon nitride with an i/N of 0.85 to 1.15, and a high dielectric film (tantalum oxide, etc.) with a dielectric constant of 10 or more is formed on the gate electrode side. i
On the type semiconductor layer side, the value of Si/H is the stoichiometric ratio (l/
A thin film of silicon nitride (N = C1, 75) comparable to
It may be a two-layer film having a film thickness of 50 to 2,000 layers, and this two-layer structure gate insulating film also has a sufficient charge storage function as a memory element.

さらに、上記実施例では、メモリトランジスタTIOに
選択トランジスタT20を接続した薄膜E2PROMに
ついて説明したが、本発明は、メモリトランジスタのゲ
ート、ソース、ドレイン電極がつながる各配線にそれぞ
れこの各配線を選択するライン選択トランジスタを接続
した薄膜E”FROMにも適用できることはもちろんで
ある。
Further, in the above embodiment, a thin film E2PROM in which a selection transistor T20 is connected to a memory transistor TIO has been described, but the present invention provides a line for selecting each wiring to each wiring connected to the gate, source, and drain electrodes of a memory transistor. Of course, the present invention can also be applied to a thin film E''FROM connected with a selection transistor.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の薄@E2PROMは、選択トランジスタの上部
ゲート絶縁膜の上に、選択トランジスタの上部ゲート電
極と、メモリトランジスタのゲート電極とを形成して、
従来の薄111E2PROM+、:おいて選択トランジ
スタの上に設けられている層間絶縁膜を不要としたもの
であるから、前記選択トランジスタの上部ゲート電極と
メモリトランジスタのゲート電極とを一工程で同時に形
成することができるし、前記層間絶縁膜の形成工程も不
要となる。したがって、本発明の薄111IE’ PR
OMは、基板上に薄膜トランジスタからなるメモリトラ
ンジスタと2つのゲート電極を備えた薄膜トランジスタ
からなる選択トランジスタとを形成したものでありなが
ら、従来の薄膜E2PROMに比べて少ない工程数で能
率よく製造することができるし、また前記層間絶縁膜を
な(した分だけ薄膜E2PROM全体の厚さも薄くする
ことができる。
In the thin @E2PROM of the present invention, the upper gate electrode of the selection transistor and the gate electrode of the memory transistor are formed on the upper gate insulating film of the selection transistor.
Conventional thin 111E2PROM+: Since the interlayer insulating film provided on the selection transistor in the conventional thin 111E2PROM+ is not required, the upper gate electrode of the selection transistor and the gate electrode of the memory transistor are simultaneously formed in one process. This also eliminates the need for the step of forming the interlayer insulating film. Therefore, the thin 111IE' PR of the present invention
Although OM has a memory transistor made of a thin film transistor and a selection transistor made of a thin film transistor with two gate electrodes formed on a substrate, it can be manufactured efficiently with fewer steps than conventional thin film E2PROM. In addition, the thickness of the entire thin film E2PROM can be reduced by the amount of the interlayer insulating film.

また、本発明の薄膜E2PROMは、前記選択トランジ
スタの上部ゲート絶縁膜の上に形成するメモリトランジ
スタのゲート電極を、このメモリトランジスタの第1の
ゲート電極とするとともに、この第1のゲート電極の上
に、メモリトランジスタ用の第1のゲート絶縁膜と、メ
モリトランジスタ用半導体層と、メモリトランジスタ用
ソース。
Further, in the thin film E2PROM of the present invention, the gate electrode of the memory transistor formed on the upper gate insulating film of the selection transistor is the first gate electrode of this memory transistor, and A first gate insulating film for a memory transistor, a semiconductor layer for a memory transistor, and a source for a memory transistor.

ドレイン電極と、メモリトランジスタ用の第2のゲート
絶縁膜と、メモリトランジスタ用の第2のゲート電極と
を積層して前記メモリトランジスタを、第1と第2のゲ
ート電極をもつトランジスタとし、かつ、第1のゲート
絶縁膜と第2のゲート絶縁膜とのいずれか一方を電荷蓄
積機能をもつ絶縁膜とし、他方のゲート絶縁膜は電荷蓄
積機能をもたない絶縁膜とすることによって、書込みお
よび消去は、前記第1と第2のゲート電極のうち電荷蓄
積機能をもつゲート絶縁膜を介して前記メモリトランジ
スタ用半導体層と対向するゲート電極を使用して行ない
、読出しは、電荷蓄積機能をもたないゲート絶縁膜を介
して前記メモリトランジスタ用半導体層と対向するゲー
ト電極を使用して行なうようにしたものであるから、読
出しを繰返しても前記メモリトランジスタの閾値電圧は
変化せず、したがって半永久的に安定した読出しを行な
うことができる。そして、この薄膜E2PROMにおい
ても、選択トランジスタの上部ゲート絶縁膜の上に選択
トランジスタの上部ゲートiaiとメモリトランジスタ
の第1のゲート電極とを形成しているから、選択トラン
ジスタの上部ゲート電極とメモリトランジスタの第1の
ゲート電極とを一工程で同時に形成することができると
ともに、従来の薄膜E2 FROMにおいて選択トラン
ジスタの上に設けられている層間絶縁膜を不要とするこ
とができる。したがって、この薄膜E2PROMは、選
択トランジスタを2つのゲート電極を備えたものとし、
さらにメモリトランジスタも書込みおよび消去用と読出
し用との2つのゲート電極を備えたものとしたものであ
りながら、従来の薄膜E2PROMのメモリトランジス
タにもう1つの読出し用ゲート電極を設ける場合に比べ
て、少ない工程数で能率よく製造することができるとと
もに、薄膜E2PROM全体の厚さも薄くすることがで
きる。
A drain electrode, a second gate insulating film for the memory transistor, and a second gate electrode for the memory transistor are laminated to form the memory transistor into a transistor having first and second gate electrodes, and Writing and Erasing is performed using the gate electrode of the first and second gate electrodes that faces the memory transistor semiconductor layer via a gate insulating film having a charge storage function, and reading is performed using the gate electrode that also has a charge storage function. Since this is carried out using a gate electrode that faces the semiconductor layer for the memory transistor through a gate insulating film that does not have a high temperature, the threshold voltage of the memory transistor does not change even if reading is repeated, and therefore it is semi-permanent. Therefore, stable reading can be performed. Also in this thin film E2PROM, since the upper gate iai of the selection transistor and the first gate electrode of the memory transistor are formed on the upper gate insulating film of the selection transistor, the upper gate electrode of the selection transistor and the first gate electrode of the memory transistor are formed on the upper gate insulating film of the selection transistor. and the first gate electrode can be formed simultaneously in one step, and the interlayer insulating film provided on the selection transistor in the conventional thin film E2 FROM can be made unnecessary. Therefore, this thin film E2PROM has a selection transistor equipped with two gate electrodes,
Furthermore, although the memory transistor is also equipped with two gate electrodes, one for writing and erasing and one for reading, compared to the case where the memory transistor of a conventional thin film E2PROM is provided with another gate electrode for reading, It is possible to efficiently manufacture the thin film E2PROM with a small number of steps, and the thickness of the entire thin film E2PROM can be reduced.

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

第1図および第2図は本発明の第1の実施例を示す薄膜
E2PROMの断面図およびその製造工程図、第3図は
本発明の第2の実施例を示す薄膜E2PROMの断面図
、第4図は従来の薄膜E2PROMの断面図である。 11・・・基板、G loa・・・下部ゲート電極、1
2・・・下部ゲート絶縁膜、13・・・i型半導体層、
14・・・n型半導体層、S10・・・ソース電極、D
lo・・・ドレイン電極、15・・・上部ゲート絶縁膜
、G 10b・・・上部ゲート電極、T2O・・・メモ
リトランジスタ、GIO・・・ゲート電極(G loa
・・・第1のゲート電極)、16・・・ゲート絶縁膜(
第1のゲート絶縁膜)、17・・・i型半導体層、18
・・・n型半導体層、S20・・・ソース電極、D20
・・・ドレイン電極、20・・・第2のゲート絶縁膜、
G fob・・・第2のゲート電極、19・・・保護絶
縁膜。
1 and 2 are a cross-sectional view of a thin-film E2PROM and its manufacturing process diagram showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a thin-film E2PROM showing a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a sectional view of a conventional thin film E2PROM. 11...Substrate, Gloa...Lower gate electrode, 1
2... Lower gate insulating film, 13... i-type semiconductor layer,
14...n-type semiconductor layer, S10... source electrode, D
lo...Drain electrode, 15...Top gate insulating film, G10b...Top gate electrode, T2O...Memory transistor, GIO...Gate electrode (G loa
. . . first gate electrode), 16 . . . gate insulating film (
first gate insulating film), 17... i-type semiconductor layer, 18
... n-type semiconductor layer, S20 ... source electrode, D20
...Drain electrode, 20...Second gate insulating film,
G fob...second gate electrode, 19...protective insulating film.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基板上に、薄膜トランジスタからなるメモリトラ
ンジスタと、2つのゲート電極を備えた薄膜トランジス
タからなる選択トランジスタとを形成した薄膜E^2P
ROMにおいて、 前記基板上に、選択トランジスタ用下部ゲート電極と、
前記基板のほぼ全面にわたる選択トランジスタ用下部ゲ
ート絶縁膜と、選択トランジスタ用半導体層と、選択ト
ランジスタ用ソース、ドレイン電極と、前記基板のほぼ
全面にわたる選択トランジスタ用上部ゲート絶縁膜とを
積層し、前記上部ゲート絶縁膜の上に、前記選択トラン
ジスタ用半導体層に対向する選択トランジスタ用上部ゲ
ート電極と、メモリトランジスタ用ゲート電極とを形成
するとともに、前記メモリトランジスタ用ゲート電極の
上に、電荷蓄積機能をもつメモリトランジスタ用ゲート
絶縁膜と、メモリトランジスタ用半導体層と、メモリト
ランジスタ用ソース、ドレイン電極とを積層したことを
特徴とする薄膜E^2PROM。
(1) Thin film E^2P in which a memory transistor made of a thin film transistor and a selection transistor made of a thin film transistor with two gate electrodes are formed on a substrate.
In the ROM, on the substrate, a lower gate electrode for a selection transistor;
A lower gate insulating film for a selection transistor covering almost the entire surface of the substrate, a semiconductor layer for the selection transistor, source and drain electrodes for the selection transistor, and an upper gate insulating film for the selection transistor covering almost the entire surface of the substrate are laminated; An upper gate electrode for a selection transistor facing the semiconductor layer for the selection transistor and a gate electrode for the memory transistor are formed on the upper gate insulating film, and a charge storage function is formed on the gate electrode for the memory transistor. A thin film E^2PROM characterized in that a gate insulating film for a memory transistor, a semiconductor layer for a memory transistor, and source and drain electrodes for a memory transistor are laminated.
(2)基板上に、薄膜トランジスタからなるメモリトラ
ンジスタと、2つのゲート電極を備えた薄膜トランジス
タからなる選択トランジスタとを形成した薄膜E^2P
ROMにおいて、 前記基板上に、選択トランジスタ用下部ゲート電極と、
前記基板のほぼ全面にわたる選択トランジスタ用下部ゲ
ート絶縁膜と、選択トランジスタ用半導体層と、選択ト
ランジスタ用ソース、ドレイン電極と、前記基板のほぼ
全面にわたる選択トランジスタ用上部ゲート絶縁膜とを
積層し、前記上部ゲート絶縁膜の上に、前記選択トラン
ジスタ用半導体層に対向する選択トランジスタ用上部ゲ
ート電極と、メモリトランジスタ用の第1のゲート電極
とを形成するとともに、前記第1のゲート電極の上に、
メモリトランジスタ用の第1のゲート絶縁膜と、メモリ
トランジスタ用半導体層と、メモリトランジスタ用ソー
ス、ドレイン電極と、メモリトランジスタ用の第2のゲ
ート絶縁膜と、メモリトランジスタ用の第2のゲート電
極とを積層してなり、かつ前記メモリトランジスタ用の
第1のゲート絶縁膜と第2のゲート絶縁膜とのいずれか
一方を電荷蓄積機能をもつ絶縁膜とし、他方のゲート絶
縁膜は電荷蓄積機能をもたない絶縁膜とするとともに、
前記メモリトランジスタ用の第1のゲート電極と第2の
ゲート電極とのうち、電荷蓄積機能をもつゲート絶縁膜
を介して前記メモリトランジスタ用半導体層と対向する
ゲート電極を書込みおよび消去用電極とし、電荷蓄積機
能をもたないゲート絶縁膜を介して前記メモリトランジ
スタ用半導体層と対向するゲート電極を読出し用電極と
したことを特徴とする薄膜E^2PROM。
(2) Thin film E^2P in which a memory transistor made of a thin film transistor and a selection transistor made of a thin film transistor with two gate electrodes are formed on a substrate.
In the ROM, on the substrate, a lower gate electrode for a selection transistor;
A lower gate insulating film for a selection transistor covering almost the entire surface of the substrate, a semiconductor layer for the selection transistor, source and drain electrodes for the selection transistor, and an upper gate insulating film for the selection transistor covering almost the entire surface of the substrate are laminated; An upper gate electrode for a selection transistor facing the semiconductor layer for the selection transistor and a first gate electrode for the memory transistor are formed on the upper gate insulating film, and on the first gate electrode,
A first gate insulating film for a memory transistor, a semiconductor layer for a memory transistor, a source and drain electrode for a memory transistor, a second gate insulating film for a memory transistor, and a second gate electrode for a memory transistor. and one of the first gate insulating film and the second gate insulating film for the memory transistor is an insulating film having a charge storage function, and the other gate insulating film has a charge storage function. In addition to creating an insulating film that does not swell,
Of the first gate electrode and second gate electrode for the memory transistor, the gate electrode facing the semiconductor layer for the memory transistor via a gate insulating film having a charge storage function is used as a writing and erasing electrode; A thin film E^2PROM characterized in that a gate electrode facing the memory transistor semiconductor layer via a gate insulating film having no charge storage function is used as a readout electrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2022081497A (en) * 2009-08-27 2022-05-31 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device

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US11923206B2 (en) 2009-08-27 2024-03-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device and method for manufacturing the same
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