JP2001028443A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
Semiconductor device and method of manufacturing the sameInfo
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Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
- Dram (AREA)
- Memory System (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本願発明はリーク電流の極めて低い電界効果
型トランジスタを提供することである。本願発明の別な
目的は優れた情報保持特性をもった半導体記憶装置を提
供することである。更には、本願は新規な装置をリーク
電流の極めて低い電界効果型トランジスタ、あるいは半
導体記憶装置を簡便に製造する製造方法を提供するもの
である。
【解決手段】 縦形に配置したショットキー接合に薄い
絶縁膜を挟んだ接合により、ソース、ドレイン電極を形
成し、ゲート電極により該接合にある絶縁膜のトンネル
を制御せしめる構造にする。また、該ゲート電極は、縦
形のチャネル両側に配置し、接合におよぼす電界効果を
有効に働かせることができるようにすることで、オフ状
態での接合リークを極めて低いものにすることができ
る。
(57) [Problem] To provide a field effect transistor having extremely low leakage current. Another object of the present invention is to provide a semiconductor memory device having excellent information retention characteristics. Further, the present invention provides a method for easily manufacturing a novel device, a field-effect transistor having extremely low leakage current, or a semiconductor memory device. SOLUTION: A structure in which a source and a drain electrode are formed by bonding a thin insulating film to a vertically arranged Schottky junction and a tunnel of the insulating film at the junction is controlled by a gate electrode. Further, the gate electrode is arranged on both sides of the vertical channel so that the electric field effect on the junction can be effectively exerted, so that the junction leakage in the off state can be extremely low.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本願発明は、大規模集積化が
可能な半導体装置、並びにこれを用いた半導体記憶装置
に関するものである。更には、本願発明はこの半導体装
置あるいは半導体記憶装置の製造方法に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device which can be integrated on a large scale, and a semiconductor memory device using the same. Further, the present invention relates to a method for manufacturing the semiconductor device or the semiconductor memory device.
【0002】[0002]
【従来の技術】現在の代表的な集積化半導体装置である
シリコン基板を用いたULSIのトランジスタの主要部
は、図1に示すような断面構造を有している。CMOS
で用いているトランジスタは、半導体基板100に、ソ
ース、ドレインとして高濃度に不純物をドーピングした
拡散層(200、300)を電極領域として用いた絶縁
ゲート型トランジスタを用いて構成されている。尚、符
号500はゲート電極である。2. Description of the Related Art The main part of a ULSI transistor using a silicon substrate, which is a typical integrated semiconductor device at present, has a cross-sectional structure as shown in FIG. CMOS
The transistor used in (1) is configured using an insulated gate transistor in which a diffusion layer (200, 300) doped with a high concentration of impurities as a source and a drain is used as an electrode region in a semiconductor substrate 100. Note that reference numeral 500 is a gate electrode.
【0003】絶縁ゲート型トランジスタ、その代表例た
るMOSFETは、制御するチャネルのキャリアが、チ
ャネルとなる基板と反対導伝型キャリアのみを用いる。
このことから絶縁ゲート型トランジスタはユニポーラデ
バイスと呼ばれている。ユニポーラデバイスでは、ソー
ス、ドレインといった電極が基板100と電気的に分離
されていることがデバイス動作上の基本となる。通常、
拡散層と基板は、異なる導伝型を用いることでPN接合
を形成し、接合のビルトイン障壁によってそれぞれの電
極と基板を電気的に分離してきた。しかし、ソース、ド
レイン間の距離が短くなるに従い、この障壁のみでは良
好な分離を果たすことができず、基板へのリーク、そし
てソース、ドレイン間にリーク電流を生じる問題が顕著
になってきた。こうした電流リークは、ドレイン電界の
影響がソース側まで及ぶため生じるものと考えられてい
る。そのため、リークを抑制するには、前記不純物拡散
層200、300の深さを小さく(浅く)することで、
ソース、ドレインの対向面積を小さくすることが有効で
ある。この深さは図1にXjとして示されている。しか
し、拡散層深さを浅くすると、拡散層の抵抗が増大し、
トランジスタの電流駆動力を低下させる問題が生じてき
ている。An insulated gate transistor, a typical example of a MOSFET, uses only a carrier of a channel to be controlled and a carrier of a conduction type opposite to a substrate to be a channel.
For this reason, the insulated gate transistor is called a unipolar device. In a unipolar device, it is fundamental in device operation that electrodes such as a source and a drain are electrically separated from the substrate 100. Normal,
The diffusion layer and the substrate have formed a PN junction by using different conduction types, and each electrode and the substrate have been electrically separated by a built-in barrier of the junction. However, as the distance between the source and the drain becomes shorter, good isolation cannot be achieved only with this barrier, and the problem of causing a leak to the substrate and a leak current between the source and the drain has become significant. It is considered that such a current leak occurs because the influence of the drain electric field extends to the source side. Therefore, in order to suppress the leakage, the depth of the impurity diffusion layers 200 and 300 is reduced (shallowed).
It is effective to reduce the facing area of the source and the drain. This depth is shown as Xj in FIG. However, when the depth of the diffusion layer is reduced, the resistance of the diffusion layer increases,
There is a problem that the current driving capability of the transistor is reduced.
【0004】また、これとは異なるアプローチとして、
拡散層電極周囲を絶縁膜層で囲み、電極とチャネル(基
板)の間にリークにたいするバリアを設けることが考え
られている。また、日本国公開特許公報、特開平10―
200001に見られる構造は、拡散層電極とチャネル
間のみではなく、さらに、チャネル部にも多層の絶縁膜
層を差し挟んだ構造になっている。但し、後者では、そ
の製造工程上、チャネル部が単結晶ではなく多結晶によ
り構成された、一種の薄膜トランジスタ(TFT:Th
in Film Transistor)と呼ばれる構
造とみることができる。これらの構造では、拡散層抵抗
を増大させることなくリークを抑制することは可能であ
るが、絶縁膜を介してチャネル電流を流すことが必要と
なるため、電流駆動力を低下させる問題が生じてくる。[0004] Also, as a different approach,
It has been considered to surround the diffusion layer electrode with an insulating film layer and provide a barrier against leakage between the electrode and a channel (substrate). In addition, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
The structure shown in 200001 is a structure in which a multilayer insulating film layer is interposed not only between the diffusion layer electrode and the channel but also in the channel portion. However, in the latter case, due to the manufacturing process, a kind of thin film transistor (TFT: Th) in which the channel portion is made of polycrystal instead of single crystal.
It can be regarded as a structure called “in Film Transistor”. In these structures, it is possible to suppress the leak without increasing the resistance of the diffusion layer, but it is necessary to flow a channel current through the insulating film, which causes a problem that the current driving force is reduced. come.
【0005】浅接合化による電極抵抗増大を解決する方
法として、ソース、ドレインに金属材を用いることが提
案されている。一般には、電極と基板との分離がPN接
合ではなく、金属と半導体接触部に形成されるショット
キー接合によりなされているため、ショットキーバリア
ソース・ドレイン MOSFET(SB-MOSFET)
と呼ばれている。これらの構造については、例えば、ア
プライド、フィジックス、レター、65巻、618頁か
ら620頁(Appl. Phys. Lett. 65(5),pp.618-620,19
94) において、Tucker等により検討されている。また、
実際の試作としては、エス、ピー、アイ、イー、コンフ
ァレンス、オン、マイクロエレクトロニック、デバイ
ス、テクノロジー、ツー、1998年7月、エス、ピ
ー、アイ、イー、3506巻、230頁から233頁(P
art of the SPIE Conference on Microelectronic Devi
ce Technology II, SPIE vol. 3506, pp.230-233)にお
いてWang等の報告がみられる。これらの報告では、
ショットキー接合を用いた効果として、ソース、ドレイ
ン間の距離を小さくした短チャネル構造でも、接合間の
リークを有効に抑えることができることが明らかになっ
てきた。しかし、PN接合に比べ良好な接合を形成する
ことが困難なため、基板との間のリークが増大してしま
い、ソース、ドレイン間のリークの低減効果を打ち消し
てしまったり、接合のオン抵抗が高いため、結局、電極
抵抗の低減効果も見えなくなっている。As a method of solving the increase in electrode resistance due to the shallow junction, it has been proposed to use a metal material for a source and a drain. Generally, the separation between the electrode and the substrate is made not by a PN junction but by a Schottky junction formed at a metal-semiconductor contact portion. Therefore, a Schottky barrier source / drain MOSFET (SB-MOSFET)
is called. These structures are described in, for example, Applied Physics, Letters, Vol. 65, pp. 618 to 620 (Appl. Phys. Lett. 65 (5), pp. 618-620, 19).
94) by Tucker et al. Also,
Actual prototypes include S, P, I, E, Conference, On, Microelectronic, Device, Technology, Two, July 1998, S, P, I, E, 3506, pp. 230-233 (P
art of the SPIE Conference on Microelectronic Devi
Wang et al. are reported in ce Technology II, SPIE vol. 3506, pp. 230-233). In these reports,
As an effect using the Schottky junction, it has become clear that leakage between the junctions can be effectively suppressed even in a short channel structure in which the distance between the source and the drain is reduced. However, since it is difficult to form a good junction as compared with a PN junction, leakage between the PN junction and the substrate increases, which negates the effect of reducing the leakage between the source and the drain or reduces the on-resistance of the junction. As a result, the effect of reducing the electrode resistance cannot be seen.
【0006】又、半導体記憶装置に用いるゲインセルと
しては、例えば書き込み用にp型MOS、読み取り用に
n型MOSを用いた例が、Shoji Shukuri
らによるIEDM92、1006−1008に見られ
る。As a gain cell used in a semiconductor memory device, for example, a Shoji Shukuri using a p-type MOS for writing and an n-type MOS for reading is used.
IEDM 92, 1006-1008.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本願の第1の目的は、
リーク電流の極めて低い絶縁ゲート型電界効果型トラン
ジスタを提供するものである。即ち、本願発明は、短チ
ャネル化を進めるために増大してきたリーク電流を低減
するために行われてきた上記の様々な対策により生じる
駆動力の低下を抑制するものである。The first object of the present application is to
An object of the present invention is to provide an insulated gate field effect transistor having extremely low leakage current. That is, the present invention suppresses a decrease in driving force caused by the above-described various measures that have been taken to reduce the leak current that has been increasing in order to shorten the channel.
【0008】本願の第2の目的は、記憶特性の良好な半
導体記憶装置を提供するものである。前記のリーク電流
の低い絶縁ゲート型電界効果型トランジスタを用いて、
リーク電流の少ない3端子スイッチング素子を得ること
ができる。従って、このことは、特に、半導体記憶素子
を形成する上で有効なものとなる。A second object of the present invention is to provide a semiconductor memory device having good storage characteristics. Using the low insulated gate field effect transistor of the leakage current,
A three-terminal switching element with a small leakage current can be obtained. Therefore, this is particularly effective in forming a semiconductor memory element.
【0009】本願の更に別な目的は、前記の半導体装
置、あるいは半導体記憶装置等を提供する為の製造方法
を提供するものである。Still another object of the present invention is to provide a manufacturing method for providing the above-described semiconductor device or semiconductor memory device.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】先ず、ここでは発明の理
解を容易にする為に、本願発明の発明思想の骨子を説明
する。そして、発明の実施の形態の欄に更に詳細な発明
の諸形態を説明する。First, in order to facilitate understanding of the present invention, the gist of the inventive concept of the present invention will be described. Further, various embodiments of the invention will be described in more detail in the section of the embodiments of the invention.
【0011】ショットキー接合では、接合を挟む異なる
物質の界面ができることにより、PN接合に比べ接合の
リークが多くなっている。従来の図1に示した構造をも
とにSB−MOSFETを形成すると、スイッチングに
用いているのは、ゲート端部の接合のみで、底面等はス
イッチング動作上は不要であるにも関わらず、接合の面
積のほとんどを占めることになるため、この底面がリー
クの主要発生源となっている。こうした不要なリークを
抑えるには、図2に模式的に示すように、ゲート50
0、510により、両側からチャネル101を挟む構造
にし、不要な接合をなくし、接合をチャネル方向のみと
することが有効である。本発明における具体的構造につ
いては、実施形態の説明において、製造方法をもとに詳
細に述べる。この構造では、スイッチングに必要なゲー
ト端部のみに接合が設けられており、不要な接合による
リークを生じることがない。[0011] In the Schottky junction, an interface of different materials sandwiching the junction is formed, so that the junction leaks more than in the PN junction. When an SB-MOSFET is formed based on the conventional structure shown in FIG. 1, only the junction at the gate end is used for switching, and the bottom surface and the like are unnecessary for the switching operation. This bottom surface is the major source of leakage, as it will occupy most of the junction area. In order to suppress such unnecessary leaks, as shown schematically in FIG.
It is effective that the channel 101 is sandwiched from both sides by 0 and 510, unnecessary junction is eliminated, and the junction is made only in the channel direction. The specific structure of the present invention will be described in detail in the description of the embodiments based on a manufacturing method. In this structure, the junction is provided only at the gate end required for switching, and there is no occurrence of leakage due to unnecessary junction.
【0012】さらにリークを抑えるため、金属と半導体
の間にリークを妨げる障壁となる絶縁層を挟む構造をと
っている。これは、拡散層電極周辺を絶縁膜で囲む構造
を適用したものである。In order to further suppress leakage, a structure is employed in which an insulating layer serving as a barrier for preventing leakage is interposed between a metal and a semiconductor. This applies a structure in which the periphery of the diffusion layer electrode is surrounded by an insulating film.
【0013】図3は通例のショトッキー接合を説明する
為のバンド構造図である。図3には、金属部350と半
導体部110の接合領域、及び価電子帯の上端、伝導帯
の下端、およびフェルミ準位Efが示される。図4は本
願発明で用いる接合を説明する為のバンド構造図であ
る。図4の構成では図3の構造に絶縁物層931が設け
られている。FIG. 3 is a band structure diagram for explaining a conventional Shottky junction. FIG. 3 shows a junction region between the metal part 350 and the semiconductor part 110, the upper end of the valence band, the lower end of the conduction band, and the Fermi level Ef. FIG. 4 is a band structure diagram for explaining the bonding used in the present invention. In the structure of FIG. 4, an insulator layer 931 is provided in the structure of FIG.
【0014】すなわち、ショットキー接合では図3のバ
ンド図に示したように、ショットキーバリアと呼ばれる
障壁Pmによりリーク電流を抑えている。そこに、図4
にみられるように、Pmに比べより大きな障壁高さPi
を持った絶縁膜をはさむことで、金属側から半導体側に
通り抜けるキャリアを低減することができる。このショ
ットキー接合に代えて絶縁層を挟んだ構造の接合は、M
IS接合(MetalInsulation Junc
tion)として知られている。この例は、例えば、S
ze著のフィジックス オブ セミコンダクタ デバイシ
ーズ、第2版、ジョンウィリー アンド サンズ(Physics
of Semiconductor Devices, secondedition, JOHN WIL
EY & SONS)の540頁から553頁に記述されている。
このように高い障壁高さPiを持つ絶縁層を挟んでも、
絶縁層の膜厚を極めて薄くすることで、トンネル現象を
促進できることから、接合のスイッチング動作させるこ
とができる。That is, in the Schottky junction, as shown in the band diagram of FIG. 3, a leakage current is suppressed by a barrier Pm called a Schottky barrier. There, Figure 4
As can be seen, the barrier height Pi is larger than Pm.
By interposing an insulating film having a hole, carriers passing from the metal side to the semiconductor side can be reduced. Instead of the Schottky junction, the junction having the structure with the insulating layer interposed therebetween is formed by M
IS junction (MetalInsulation Junc
). This example is, for example, S
Physics of Semiconductor Devices, 2nd Edition, John Willie and Sons (Physics
of Semiconductor Devices, secondedition, JOHN WIL
EY & SONS), pp. 540-553.
Even if an insulating layer having a high barrier height Pi is sandwiched in this way,
Since the tunnel phenomenon can be promoted by making the thickness of the insulating layer extremely thin, the switching operation of the junction can be performed.
【0015】一般に、この絶縁膜をトンネル現象により
通り抜けるキャリアは、障壁高さ、膜厚、およびキャリ
アのエネルギーに依存している。デバイス構造として
は、金属材と絶縁膜間の障壁高さ、絶縁膜の膜厚、非平
衡状態のポテンシャル分布を制御することができる。In general, carriers passing through the insulating film by the tunnel phenomenon depend on the barrier height, the film thickness, and the energy of the carriers. As the device structure, the barrier height between the metal material and the insulating film, the thickness of the insulating film, and the potential distribution in a non-equilibrium state can be controlled.
【0016】本発明の構造では、さらに、縦形のチャネ
ル配置をとることにより、平面面積を増やすことなくチ
ャネル長の大きなデバイスを形成している。これによ
り、短チャネル化によるリーク電流の増大を抑えること
ができる。さらに、ゲートを両側に配置することで、よ
り有効に電界効果を活かすことができるようになる。こ
の縦形構造をとることで、従来困難であった非対称型系
のトランジスタを容易に形成することができるようにな
っている。そのため、絶縁膜による障壁は片側のみに形
成することができており、駆動力の低下を抑制すること
ができている。In the structure of the present invention, a device having a large channel length is formed without increasing the plane area by adopting a vertical channel arrangement. As a result, an increase in leakage current due to a short channel can be suppressed. Further, by arranging the gates on both sides, the electric field effect can be more effectively utilized. With this vertical structure, an asymmetric transistor, which has been difficult in the past, can be easily formed. Therefore, the barrier made of the insulating film can be formed only on one side, and a reduction in driving force can be suppressed.
【0017】これらの効果を有効に引き出すことで、リ
ーク電流を極めて低く抑制できる3端子トランジスタ構
造を得ることができる。また、この低リーク特性は、記
憶保持および、書き込み、読み出し動作に優れた半導体
記憶装置を形成する上で有効であることを、実施例をも
とに説明する。By effectively drawing out these effects, it is possible to obtain a three-terminal transistor structure in which the leakage current can be suppressed to a very low level. Further, it will be described based on examples that the low leak characteristic is effective in forming a semiconductor memory device excellent in storage retention, writing and reading operations.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】本願発明の実施の形態を具体的に
説明するに先だって、本願発明の主な諸形態の概略を列
挙し、説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Prior to specifically describing the embodiments of the present invention, the outlines of main modes of the present invention will be listed and described.
【0019】本願に係る半導体装置 本願発明の半導体装置の代表的な第1の形態は、第1の
導電領域、第1の絶縁膜、第1の半導体領域、および第
2の導電領域とを有する半導体領域と、少なくとも前記
第1の半導体領域に設けた第2の絶縁膜と、前記第2の
絶縁膜の膜面に設けられた第3の導電領域と、を有する
半導体装置である。Semiconductor Device According to the Present Application A typical first embodiment of a semiconductor device according to the present invention has a first conductive region, a first insulating film, a first semiconductor region, and a second conductive region. A semiconductor device having a semiconductor region, at least a second insulating film provided on the first semiconductor region, and a third conductive region provided on a film surface of the second insulating film.
【0020】本発明は新規なスイッチ素子を提供するこ
とが出来る。そして、後述するように、新規な半導体記
憶装置のスイッチ部として極めて有用である。又、本発
明の構造は通例の半導体分野の製造方法によって製造す
ることが出来る。従って、本発明の半導体装置は極めて
安価に提供することが出来る。The present invention can provide a novel switch element. And, as described later, it is extremely useful as a switch section of a novel semiconductor memory device. Also, the structure of the present invention can be manufactured by a general semiconductor manufacturing method. Therefore, the semiconductor device of the present invention can be provided at extremely low cost.
【0021】本願発明の半導体装置の代表的な第2の形
態は、第1の導電領域、第1の絶縁膜、第1の半導体領
域、および第2の導電領域とが積層された半導体積層領
域と、少なくとも前記第1の半導体領域の前記半導体積
層領域の積層方向とは交差する側面に設けた第2の絶縁
膜と、前記第2の絶縁膜の膜面に設けられた第3の導電
領域と、を有する半導体装置である。A second representative embodiment of the semiconductor device according to the present invention is a semiconductor laminated region in which a first conductive region, a first insulating film, a first semiconductor region, and a second conductive region are laminated. A second insulating film provided on at least a side surface of the first semiconductor region that intersects with a laminating direction of the semiconductor laminated region; and a third conductive region provided on a film surface of the second insulating film. And a semiconductor device having:
【0022】上記の諸形態では、第1の導電領域、第1
の絶縁膜、第1の半導体領域、および第2の導電領域と
を有する半導体領域が、絶縁ゲート型電界効果型トラン
ジスタの電荷移送手段及び電荷移送領域を構成する。前
記第1の半導体領域は、いわゆるチャネル領域に、前記
第1及び第2の導電領域はソースあるいはドレインのい
ずれかに相当する。これらをソースあるいはドレインと
称するかはその動作状態に依存する相違にすぎない。そ
して、前記第1の導電領域、第1の絶縁膜、第1の半導
体領域の半導体領域が、図4を用いて説明したバンド構
造を有する積層体である。本形態において、前記第1の
絶縁膜を設けた点がわけても重要な点である。In the above embodiments, the first conductive region, the first conductive region,
The semiconductor region having the insulating film, the first semiconductor region, and the second conductive region constitutes a charge transfer unit and a charge transfer region of an insulated gate field effect transistor. The first semiconductor region corresponds to a so-called channel region, and the first and second conductive regions correspond to either a source or a drain. Whether these are referred to as a source or a drain is merely a difference depending on the operating state. The semiconductor region of the first conductive region, the first insulating film, and the first semiconductor region is a laminate having the band structure described with reference to FIG. In this embodiment, the point where the first insulating film is provided is particularly important.
【0023】この第1の絶縁膜は、通例第1の導電領域
として用いる金属の酸化物、酸化度の低い酸化物、窒化
物、窒化度の低い窒化物、シリコンと金属の酸化物、シ
リコンと金属の窒化物、あるいはこれらの内の少なくと
も2者を含む絶縁物などが用いられる。より具体的に、
これらの金属とこれに適した絶縁物の諸例をかかげれ
ば、耐熱金属とその酸化物、窒化物、あるいはシリサイ
ドが好適である。更に、具体例をかかげれば、金属ある
いは金属相当の導電体として、チタン、チタンシリサイ
ド、タングステン、タングステン・シリサイド、コバル
ト、コバルト・シリサイド、白金、白金シリサイド、ニ
ッケル、ニッケル・シリサイドなどをあげることが出来
る。絶縁物の具体例としては、シリコン酸化物、シリコ
ン窒化物などが代表例である。更に、絶縁物の例として
は、前記各種金属あるいは耐熱金属の酸化物、あるいは
窒化物などをあげることが出来る。チタンとチタン・シ
リサイドなどは熱的に安定であり、好ましい例である。
シリコン酸化物、あるいはシリサイド等は通例の半導体
分野に製造工程に多く用いられている材料であり、本願
発明の半導体装置、半導体記憶装置の製造に好都合であ
る。勿論、その要求によって、前記例示した金属および
絶縁物を適宜組み合わせて用いることが出来る。The first insulating film is made of a metal oxide, a low-oxidation oxide, a nitride, a low-nitride nitride, a silicon-metal oxide, a silicon-metal oxide, which is usually used as the first conductive region. A metal nitride, an insulator containing at least two of them, or the like is used. More specifically,
If these metals and various examples of insulators suitable for them are described, refractory metals and their oxides, nitrides, or silicides are suitable. Further, according to a specific example, as a metal or a conductor equivalent to a metal, titanium, titanium silicide, tungsten, tungsten silicide, cobalt, cobalt silicide, platinum, platinum silicide, nickel, nickel silicide, and the like can be given. I can do it. Typical examples of the insulator include silicon oxide and silicon nitride. Further, examples of the insulator include oxides or nitrides of the above-mentioned various metals or heat-resistant metals. Titanium and titanium silicide are thermally stable and are preferred examples.
Silicon oxide, silicide, or the like is a material that is often used in the manufacturing process in a general semiconductor field, and is convenient for manufacturing the semiconductor device and the semiconductor storage device of the present invention. Needless to say, the above-mentioned metals and insulators can be appropriately combined and used depending on the requirement.
【0024】そして、これらの絶縁膜が当該接合におけ
るトンネル効果を奏する厚さとなす。この絶縁膜の厚さ
例をかかげれば、シリコン酸化物の場合、3nm以下、
好ましくは1nmより2nm程度が多用される。The thickness of these insulating films is such that a tunnel effect at the junction is exhibited. According to the example of the thickness of the insulating film, in the case of silicon oxide, 3 nm or less,
Preferably, about 2 nm is frequently used rather than 1 nm.
【0025】尚、第1の導電領域と第1の絶縁膜の具体
例について言及したが、これらの諸例は、以下本願明細
書に記載される発明の諸形態、実施の諸形態に対しても
適用できるものであることは言うまでもない。Although specific examples of the first conductive region and the first insulating film have been described, these examples are described below with respect to the embodiments and embodiments of the invention described in the present specification. Needless to say, this is also applicable.
【0026】第3の形態は、ソースとドレインとゲート
電極およびチャネル領域を有する絶縁ゲート型電界効果
トランジスタにおいて、ソースまたはドレイン電極とな
る第1の導電領域上に第1の絶縁物層を有し、前記第1
の絶縁膜の上部にチャネル領域となる半導体材料層を有
し、前記半導体層上にドレインまたはソース電極となる
第2の導電領域を有し、前記チャネル領域側面に第2の
絶縁膜層を有し、前記第2の絶縁膜層を介して電界効果
を前記チャネル領域におよぼすゲート電極を有すること
を特徴とする半導体装置と言うことが出来る。According to a third mode, in an insulated gate field effect transistor having a source, a drain, a gate electrode, and a channel region, a first insulator layer is provided on a first conductive region to be a source or drain electrode. , The first
A semiconductor material layer serving as a channel region above the insulating film, a second conductive region serving as a drain or source electrode on the semiconductor layer, and a second insulating film layer on a side surface of the channel region. In addition, it can be said that the semiconductor device has a gate electrode which exerts an electric field effect on the channel region through the second insulating film layer.
【0027】上記の各部の材料の選択によって、下記の
諸形態が考えられる。Depending on the selection of the material of each part described above, the following various forms can be considered.
【0028】本願の第4の形態は、前記の諸形態におけ
る第1の導電領域が金属材料により形成されているもの
である。In a fourth mode of the present application, the first conductive region in each of the above modes is formed of a metal material.
【0029】更に、本願の第5の形態は、前記の諸形態
における前記第1の導電領域が高濃度に不純物をドーピ
ングすることで実質的に金属化された半導体材料により
形成されているものである。In a fifth aspect of the present invention, the first conductive region in each of the above aspects is formed of a semiconductor material substantially metallized by doping impurities at a high concentration. is there.
【0030】更に、本願の第6の形態は、第2の導電領
域が高濃度に不純物をドーピングすることで実質的に金
属化された半導体材料により形成されているものであ
る。Further, in a sixth embodiment of the present application, the second conductive region is formed of a semiconductor material substantially metallized by doping impurities at a high concentration.
【0031】本願発明においては、前記の各導電領域を
組み合わせ用いることが出来る。即ち、本願の第7の形
態は、前記第1の導電領域が金属材料あるいは高濃度に
不純物をドーピングすることで金属化された半導体材料
により形成され、前記第2の導電領域が高濃度に不純物
をドーピングすることで金属化された半導体材料により
形成されているものである。In the present invention, the above conductive regions can be used in combination. That is, in a seventh embodiment of the present application, the first conductive region is formed of a metal material or a semiconductor material metallized by doping impurities at a high concentration, and the second conductive region is formed of a high concentration of impurities. Is formed of a semiconductor material that is metallized by doping.
【0032】本願の第8の形態は、前記第1の導電領域
が高濃度に不純物をドーピングすることで金属化された
半導体材料により形成され、前記第2の導電領域が金属
材料あるいは高濃度に不純物をドーピングすることで金
属化された半導体材料により形成されているものであ
る。According to an eighth aspect of the present invention, the first conductive region is formed of a semiconductor material that is metallized by doping impurities at a high concentration, and the second conductive region is formed of a metal material or a high concentration. It is formed of a semiconductor material which is metallized by doping impurities.
【0033】前記半導体材料を母材とした金属化に必要
な不純物のドープ量は、通例の半導体分野における範囲
を用いて十分である。シリコンに対してのドープ量は通
例、1020cm―3程度以上の範囲である。The doping amount of the impurity necessary for metallization using the semiconductor material as a base material is sufficient using the range in the usual semiconductor field. The doping amount of silicon is usually in the range of about 10 20 cm −3 or more.
【0034】これらのドープ量に関する諸例は、本願明
細書に記載される発明の諸形態、実施の諸形態に対して
も適用できるものであることは言うまでもない。It is needless to say that these examples of the doping amount can be applied to the embodiments and embodiments of the invention described in the present specification.
【0035】尚、本願発明の半導体装置において、第1
の導電領域および第2の導電領域に挟まれた半導体領域
が、電界効果型トランジスタの電荷移送領域、即ち、い
わゆるチャネル領域を構成する。従って、この意味にお
いて、本願発明においては、電荷移送領域は、半導体領
域とトンネル絶縁膜との双方で電荷移送領域を構成する
こととなる。従って、この意図を示す形態の例は次のよ
うに言うことが出来る。In the semiconductor device of the present invention, the first
The semiconductor region sandwiched between the conductive region and the second conductive region constitutes a charge transfer region of a field effect transistor, that is, a so-called channel region. Therefore, in this sense, in the present invention, the charge transfer region constitutes the charge transfer region by both the semiconductor region and the tunnel insulating film. Therefore, an example of a form indicating this intention can be stated as follows.
【0036】本願発明の第9の形態は、第1の導電領
域、第1の絶縁膜、第1の半導体領域、および第2の導
電領域とを有する半導体領域と、前記第2の半導体領域
の前記半導体領域の積層方向とは交差する側面に設けた
第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜の膜面に設けられた
第3の導電領域と、を有し、且つ前記第1あるいは第2
の導電領域の内のいずれかが高濃度に不純物をドーピン
グした多結晶シリコンにより形成され、前記第1あるい
は第2の導電領域の内の他方のいずれかが金属により形
成され、前記第1の導電領域から第2の導電領域に流れ
る電流経路に、シリコンおよびトンネル絶縁膜が配置さ
れている半導体装置である。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a first conductive region, a first insulating film, a first semiconductor region, and a second conductive region; A second insulating film provided on a side surface intersecting with the laminating direction of the semiconductor region, and a third conductive region provided on a film surface of the second insulating film; Second
One of the conductive regions is formed of polycrystalline silicon doped with impurities at a high concentration, and the other of the first or second conductive region is formed of a metal, and the first conductive region is formed of a metal. A semiconductor device in which silicon and a tunnel insulating film are arranged in a current path flowing from a region to a second conductive region.
【0037】上記の形態をより具体的に示せば、本例は
ソースが高濃度不純物をドーピングした多結晶シリコン
により形成され、ドレインが金属により形成され、ソー
スからドレインに流れる電流経路において、シリコンと
トンネル絶縁膜が配置されている半導体装置と言うこと
が出来る。More specifically, in this embodiment, the source is formed of polycrystalline silicon doped with a high concentration impurity, the drain is formed of a metal, and the current path flowing from the source to the drain is connected to silicon. It can be said that the semiconductor device has a tunnel insulating film.
【0038】これまで述べてきた本願発明の諸形態の半
導体装置の更なる実用上の形態を示せば、当該半導体装
置のスイッチングがオフ状態においてチャネル部のキャ
リアが空乏化されている半導体装置であると言うことが
出来る。半導体記憶装置次に、これまで説明してきた半
導体装置、即ち絶縁ゲート型電界効果型トランジスタを
用いた半導体記憶装置について説明する。A further practical form of the semiconductor device according to the various aspects of the present invention described above is a semiconductor device in which carriers in a channel portion are depleted when switching of the semiconductor device is off. I can say. Semiconductor Memory Device Next, the semiconductor device described above, that is, a semiconductor memory device using an insulated gate field effect transistor will be described.
【0039】当該半導体記憶装置の代表的な第10の形
態は、前述の本願発明の諸半導体装置のいずれかを情報
書き込み装置とし、前記第1の導電領域を電荷保持部と
し、この電荷保持部に電気的に接続された情報読み出し
素子を有する半導体記憶装置である。According to a tenth embodiment of the semiconductor memory device, one of the above-described semiconductor devices of the present invention is an information writing device, the first conductive region is a charge holding portion, Is a semiconductor memory device having an information reading element electrically connected to the semiconductor memory device.
【0040】そして、前記情報読み出し素子が電界効果
型トランジスタであるのが、より実際的な半導体記憶装
置である。In a more practical semiconductor memory device, the information reading element is a field effect transistor.
【0041】そして、この形態の半導体記憶装置におい
て、前記電荷保持部が絶縁膜で囲まれ、前記電荷保持部
に保持した電荷量により情報を記憶することが、より好
ましい。In the semiconductor memory device according to this aspect, it is more preferable that the charge holding portion is surrounded by an insulating film, and the information is stored based on the amount of charge held in the charge holding portion.
【0042】このように、本願発明の半導体装置の諸形
態を情報書き込み手段として用いて半導体記憶装置を構
成する場合、当該半導体記憶装置の電荷蓄積ノード側
に、前記本願発明の係わる半導体装置のトンネル絶縁膜
に接して設けられた導電領域を接続するのが好ましい。
それは、蓄積電荷を確保するにとより好都合であるから
である。勿論、当該半導体装置の第1および第2の導電
領域のいずれを当該半導体記憶装置の電荷蓄積ノード側
に設置しても、半導体記憶装置を提供できることは言う
までもない。As described above, when a semiconductor memory device is configured by using various aspects of the semiconductor device of the present invention as information writing means, a tunnel of the semiconductor device according to the present invention is provided on the charge storage node side of the semiconductor memory device. It is preferable to connect a conductive region provided in contact with the insulating film.
This is because it is more convenient to secure the accumulated charge. It goes without saying that a semiconductor memory device can be provided regardless of which of the first and second conductive regions of the semiconductor device is provided on the charge storage node side of the semiconductor memory device.
【0043】又、本願発明の半導体装置の諸形態を情報
書き込み手段として用いて半導体記憶装置を構成する場
合、N型の絶縁ゲート型電界効果型トランジスタを横型
の素子として配置し、P型の絶縁ゲート型電界効果型ト
ランジスタとして本願に係るトンネル絶縁膜をい用いた
縦型の素子として用いるのがより好都合である。When a semiconductor memory device is constructed by using various aspects of the semiconductor device of the present invention as information writing means, an N-type insulated gate field-effect transistor is arranged as a lateral element and a P-type It is more convenient to use the gate type field effect transistor as a vertical element using the tunnel insulating film according to the present invention.
【0044】本願発明の半導体記憶装置の代表的な第1
1の形態は、キャリアを移動せしめる第1の経路と、前
記第1の経路の伝導性を変化させる電界を生成する電荷
を蓄積する為の手段と、所望の電圧に対して所望の電荷
を前記電荷を蓄積する為の手段に供給する手段とを、有
し、且つ所望の電荷を前記電荷を蓄積する為の手段に供
給する手段が、金属性電極部、トンネル絶縁膜、および
半導体領域とを有する接合を有することを特徴とするこ
とである。The first representative example of the semiconductor memory device of the present invention
In one mode, a first path for moving carriers, a means for accumulating a charge for generating an electric field that changes the conductivity of the first path, and a method for transferring a desired charge to a desired voltage are provided. Means for accumulating electric charge, and means for supplying desired electric charge to the means for accumulating the electric charge, the metal electrode section, the tunnel insulating film, and the semiconductor region It is characterized by having a joint having.
【0045】言い換えれば、この形態は、本願発明に係
る半導体装置なる電界効果型トランジスタ(T1)のソ
ースまたはドレイン電極と、半導体基板上に形成された
絶縁ゲート型電界効果型トランジスタ(T2)を有する
半導体記憶装置において、T1のチャネルを介してT2
のゲート電極に接続がなされている半導体記憶装置であ
る。そして、トンネル絶縁膜を利用してスイッチ動作を
行なうものである。前述の本願発明に係る半導体装置な
る電界効果型トランジスタ(T1)は、少なくとも、導
電領域―チャネル領域―トンネル絶縁膜―金属導電領域
の積層構造を有する。ここで、導電領域、ないしは金属
導電領域が、電界効果型トランジスタのソース、あるい
はドレインに相当するものである。従って、前記T1と
T2の接続は次の形態がある。In other words, this embodiment has the source or drain electrode of the field effect transistor (T1) as the semiconductor device according to the present invention and the insulated gate field effect transistor (T2) formed on the semiconductor substrate. In the semiconductor memory device, T2 is transmitted through the channel of T1.
The semiconductor memory device is connected to the gate electrode of FIG. The switch operation is performed using the tunnel insulating film. The above-described field effect transistor (T1) as a semiconductor device according to the present invention has at least a laminated structure of a conductive region, a channel region, a tunnel insulating film, and a metal conductive region. Here, the conductive region or the metal conductive region corresponds to a source or a drain of the field-effect transistor. Accordingly, the connection between T1 and T2 has the following forms.
【0046】(1)導電領域―半導体領域―トンネル絶
縁膜―金属導電領域―T2のゲート、 (2)金属導電領域―トンネル絶縁膜―半導体領域―導
電領域―T2のゲート そして、この場合、実際の構造においては、前記(1)
における金属導電領域―T2のゲート、あるいは前記
(2)における導電領域―T2のゲートは同一層で形成
し、その両者の役割を兼ねることが、より実際的であ
る。(1) Conductive region-semiconductor region-tunnel insulating film-metal conductive region-gate of T2 (2) Metal conductive region-tunnel insulating film-semiconductor region-conductive region-gate of T2 In the structure of (1),
It is more practical to form the gate of the metal conductive region -T2 in the above or the gate of the conductive region -T2 in the above (2) in the same layer, and also serve the role of both.
【0047】本願発明の半導体記憶装置の動作を要約す
れば、前記第11の形態にある電荷によって情報を記憶
させた半導体記憶装置において、書き込み素子T1を介
して電荷を出し入れし、T2を電荷の保持状況を読み出
す読み出し素子としていると言うことが出来る。To summarize the operation of the semiconductor memory device of the present invention, in the semiconductor memory device according to the eleventh embodiment, in which information is stored by the electric charge, the electric charge is taken in and out via the write element T1, and the electric charge is stored in T2. It can be said that the readout element reads out the holding state.
【0048】本願発明の半導体装置の、第12の形態
は、半導体基板と、当該半導体基板に相対して設けられ
た第1の不純物領域及び第2の不純物領域と、少なくと
も前記第1不純物領域及び第2の不純物領域に挟まれた
第1の半導体領域を覆う第1の絶縁膜と、当該第1の絶
縁膜の上部に設けられた第1の導電領域、第2の絶縁
膜、第2の半導体領域、および第2の導電領域とを有す
る半導体領域と、前記第2の半導体領域の前記半導体領
域の積層方向とは交差する側面に設けた第3の絶縁膜
と、前記第3の絶縁膜の膜面に設けられた第3の導電領
域と、を有する半導体装置である。A twelfth aspect of the semiconductor device of the present invention is a semiconductor device, comprising: a semiconductor substrate; a first impurity region and a second impurity region provided to face the semiconductor substrate; A first insulating film covering the first semiconductor region interposed between the second impurity regions; a first conductive region, a second insulating film, and a second insulating film provided on the first insulating film; A semiconductor region having a semiconductor region and a second conductive region; a third insulating film provided on a side surface of the second semiconductor region that intersects with a lamination direction of the semiconductor regions; and a third insulating film. And a third conductive region provided on the film surface.
【0049】本形態は、スイッチ素子部を構成する電界
効果型トランジスタ部が、そのチャネル領域が当該半導
体記憶装置の基板に交差、ないしは実質的に直交する方
向に構成されている。これはいわゆる縦形半導体装置と
称されている形態である。従って、この形態は装置の小
型化に有利である。更に、前記第2の半導体領域の側壁
が絶縁膜で覆われた構造を採用すれば、よりリーク電流
の少ない半導体記憶装置を提供することが出来る。In this embodiment, the field-effect transistor section constituting the switch element section is configured so that its channel region crosses or substantially orthogonally crosses the substrate of the semiconductor memory device. This is a so-called vertical semiconductor device. Therefore, this mode is advantageous for miniaturization of the device. Further, by employing a structure in which the side wall of the second semiconductor region is covered with an insulating film, a semiconductor memory device with less leakage current can be provided.
【0050】本願発明の主なその他の形態 本願の第13の形態は、前記第10の半導体装置におい
て、書き込み素子のゲート電極配線と基板電位間に電位
を安定化させる手段を有する集積半導体装置である。よ
り具体的な要請は、電源が切れた場合においてもゲート
電極と導電領域との間の相対的な電位関係が固定されて
いることである。この電位の安定化の為の手段の最も簡
単で実用的なものは抵抗である。しかし、本要請に答え
るには多くの回路を用いることが出来る。Another major aspect of the present invention is a thirteenth aspect of the present invention, which is an integrated semiconductor device according to the tenth semiconductor device, further comprising means for stabilizing a potential between a gate electrode wiring of a writing element and a substrate potential. is there. A more specific requirement is that the relative potential relationship between the gate electrode and the conductive region is fixed even when the power is turned off. The simplest and practical means of stabilizing this potential is a resistor. However, many circuits can be used to answer this request.
【0051】本願の第14の形態は、例えば、前記第1
1、ないしは前記第12の半導体記憶装置を少なくとも
2つ用いた集積半導体装置において、読み出し素子T2
が電気的に縦積みされた配置をとっている半導体装置で
ある。The fourteenth embodiment of the present application is, for example, the first embodiment.
1 or an integrated semiconductor device using at least two twelfth semiconductor memory devices, wherein the read element T2
Is a semiconductor device having an electrically vertically stacked arrangement.
【0052】本願の第15の形態は、例えば、前記の諸
半導体記憶装置において、情報読み出し時に、書き込み
素子T1のゲート電極電位を変えることなく、T2のソ
ース、ドレイン電位を変化させることで、該ゲート電極
と該ソース、ドレイン電極間の電位差変化を与えること
で読み出し操作を行う半導体記憶装置である。The fifteenth aspect of the present invention is directed to, for example, changing the source and drain potentials of T2 without changing the gate electrode potential of the write element T1 in the above-mentioned semiconductor memory devices at the time of reading information. This is a semiconductor memory device that performs a read operation by giving a potential difference between a gate electrode and the source and drain electrodes.
【0053】前述したように、ゲート電位が固定される
必要があることから、本願発明の半導体記憶装置におい
ては、ゲート電位を固定し、ソースあるいはドレインの
電位を変化させるのが好ましい。As described above, since the gate potential needs to be fixed, in the semiconductor memory device of the present invention, it is preferable to fix the gate potential and change the source or drain potential.
【0054】本願の第16の形態は、例えば、前述の諸
半導体記憶装置において、情報読み出し時に、読み出し
素子T2のゲート電極電位を変えることなく、ソース、
ドレイン電位を変化させることで、該ゲート電極と該ソ
ース、ドレイン電極間の電位差変化を与えることで読み
出し操作を行う半導体記憶装置である。According to a sixteenth aspect of the present invention, for example, in the above-mentioned various semiconductor memory devices, when information is read, the source, the source, and the gate of the read element T2 are not changed.
This is a semiconductor memory device in which a read operation is performed by giving a potential difference between the gate electrode and the source / drain electrodes by changing a drain potential.
【0055】本願の第17の形態は、例えば、前記第1
1ないしは第12の半導体記憶装置を複数用いてアレイ
状に配置し、基板上に形成された読み出し素子T2のソ
ース、ドレイン電極に接続された配線層が直交するよう
に平面配置されている半導体記憶装置である。The seventeenth mode of the present application is, for example, the first type.
A semiconductor memory in which a plurality of the first to twelfth semiconductor memory devices are arranged in an array, and the wiring layers connected to the source and drain electrodes of the read element T2 formed on the substrate are arranged in a plane so as to be orthogonal to each other. Device.
【0056】本願の第18の形態は、本願に係わる半導
体装置、ないしは半導体記憶装置、例えば前記第1、第
2、あるいは第10、第11の半導体装置、ないしは半
導体記憶装置が、SOI(Silicon On In
sulator)基板上に形成されている集積化半導体
装置である。基板に絶縁基板を用いることから、本願発
明のリーク電流の抑制された半導体装置、ないしは半導
体記憶装置の要請がより有効に機能する。An eighteenth embodiment of the present invention is directed to a semiconductor device or a semiconductor memory device according to the present invention, for example, the first, second, or tenth or eleventh semiconductor device or the semiconductor memory device is an SOI (Silicon On) device. In
(sulator) An integrated semiconductor device formed on a substrate. Since the insulating substrate is used as the substrate, the demand for the semiconductor device or the semiconductor memory device in which the leakage current is suppressed according to the present invention functions more effectively.
【0057】本願の第19の形態は、上記集積半導体記
憶装置において、書き込み素子のゲート電極配線と基板
電位間に電力を消費することなく電位を安定化させる装
置を有する集積半導体装置である。According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided an integrated semiconductor device having a device for stabilizing a potential without consuming power between a gate electrode wiring of a writing element and a substrate potential in the integrated semiconductor memory device.
【0058】本願の第20の形態は、電界効果トランジ
スタによる書き込み装置と、該書き込み装置と異なる導
電型をもった電界効果トランジスタによる読み出し装置
を持つ半導体記憶装置である。The twentieth aspect of the present application is a semiconductor memory device having a writing device using a field effect transistor and a reading device using a field effect transistor having a conductivity type different from that of the writing device.
【0059】本願の第21の形態は、例えば前記20の
半導体記憶装置において、情報読み出し時に、書き込み
素子のゲート電極に、電荷保持時に比べ書き込み素子の
チャネルをよりオフ状態とする電位を加える半導体記憶
装置である。According to a twenty-first aspect of the present invention, in the semiconductor memory device described in the above, for example, in the semiconductor memory device described above, a potential is applied to the gate electrode of the writing element at the time of reading information to turn off the channel of the writing element more than at the time of holding charges. Device.
【0060】本願の第22の形態は、例えば前記20の
半導体記憶装置において、書き込まれる電位情報が少な
くとも3つ以上の値を持つ集積半導体装置である。According to a twenty-second aspect of the present invention, there is provided an integrated semiconductor device in which, for example, the potential information to be written has at least three values in the twenty semiconductor memory devices.
【0061】本願の第23の形態は、例えば前記21の
半導体記憶装置において、保持された電荷情報を連続し
た電位として読み出す集積半導体装置である。 本願の
第24の形態は、例えば前記12、あるいは前記20の
半導体装置において、保持電荷とゲート電極電位により
演算処理を行なわせる機能を付加した半導体装置であ
る。A twenty-third aspect of the present invention is directed to an integrated semiconductor device for reading out stored charge information as a continuous potential in the twenty-first semiconductor memory device, for example. The twenty-fourth aspect of the present application is a semiconductor device in which, for example, in the above-described twelfth or twentieth semiconductor device, a function of performing an arithmetic process using a held charge and a gate electrode potential is added.
【0062】本願の製造方法に係わる発明の主な形態 本願の製造方法に係わる第1の形態は、半導体基板上に
第1の絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜上に金属層
もしくは高濃度に不純物をドーピングすることで金属化
された半導体材料層を形成する工程と、この金属材層も
しくは金属化された半導体材料層の上部に第2の絶縁膜
を形成する工程と、この第2の絶縁膜上に半導体材料層
を形成する工程と、この半導体材料層の側面に第3の絶
縁膜を形成する工程と、この第3の絶縁膜の側面に金属
層もしくは高濃度に不純物をドーピングすることで金属
化された半導体材料層を形成する工程を有する半導体装
置の製造方法である。Principal Embodiments of the Invention Related to the Manufacturing Method of the Present Invention A first embodiment of the manufacturing method of the present invention is a step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate, and forming a metal layer or a high-level film on the insulating film. Forming a metalized semiconductor material layer by doping impurities at a concentration, forming a second insulating film on the metal material layer or on the metalized semiconductor material layer, Forming a semiconductor material layer on the insulating film, forming a third insulating film on the side surface of the semiconductor material layer, and doping a metal layer or a high concentration impurity on the side surface of the third insulating film. This is a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a semiconductor material layer which is metallized by performing the method.
【0063】本願の製造方法に係わる第2の形態は、半
導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、この第1
の絶縁膜上に金属層もしくは高濃度に不純物をドーピン
グすることで金属化された半導体材料層を形成する工程
と、前記金属材層もしくは金属化された半導体材料層の
上部に第2の絶縁膜を形成する工程と、半導体材料をア
モルファス状態で形成する工程と、このアモルファス状
態の半導体材料層に所定の金属層を形成する工程と、加
熱によって当該金属によって前記アモルファス状態の半
導体材料層を結晶化する工程を有する半導体装置の製造
方法である。In a second mode according to the manufacturing method of the present application, a step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate,
Forming a metal layer or a metallized semiconductor material layer by doping impurities at a high concentration on the insulating film, and a second insulating film on the metal material layer or the metallized semiconductor material layer. Forming a semiconductor material in an amorphous state, forming a predetermined metal layer on the amorphous semiconductor material layer, and crystallizing the amorphous semiconductor material layer with the metal by heating. This is a method for manufacturing a semiconductor device having a step of performing
【0064】この第2の半導体装置の製造方法は、わけ
ても前記の縦型のトランジスタを製造するに当って有効
である。即ち、本願発明の半導体装置では、半導体層を
金属あるいは絶縁物層の上部に半導体層を積層する工程
を有するので、当該半導体層を形成後の加熱によって、
良好に結晶化する本方法が有効なのである。This second method of manufacturing a semiconductor device is particularly effective in manufacturing the above-described vertical transistor. That is, the semiconductor device of the present invention includes a step of stacking a semiconductor layer on a metal or an insulator layer over a semiconductor layer.
This method of crystallization is effective.
【0065】前記第2の半導体装置の製造方法に用いる
金属の代表例はニッケル(Ni)である。この金属層の
厚さは、結晶化を要するアモルファス状態の半導体材料
層の厚さにも依存する。その厚さの例をあげれば、概ね
2nmより15nm、あるいは5nmより12nm程度
を多用する。加熱は摂氏500度より700度程度の範
囲から選択される。実際の製造に際して、やや低温の領
域、500度より560度程度が好ましい。加熱の雰囲
気は真空で十分である。加熱時間も結晶化を促す半導体
層の厚さに依存するが、概ね20時間程度である。A typical example of the metal used in the second method for manufacturing a semiconductor device is nickel (Ni). The thickness of the metal layer also depends on the thickness of the amorphous semiconductor material layer that needs to be crystallized. To give an example of the thickness, a thickness of about 2 nm to 15 nm or about 5 nm to 12 nm is frequently used. Heating is selected from a range of about 500 to 700 degrees Celsius. In actual manufacturing, it is preferable that the temperature is slightly lower, that is, about 500 to 560 degrees. Vacuum is sufficient for the heating atmosphere. The heating time also depends on the thickness of the semiconductor layer that promotes crystallization, but is generally about 20 hours.
【0066】尚、アモルファス状態の半導体材料層に金
属層、例えばニッケル層を形成し、加熱によって、ニッ
ケルをこの半導体層に移動させ、この移動過程で、当該
アモルファス状態の半導体材料層が結晶化する。この現
象自体はMILC(Metal Induced La
teral Crystalization)として知
られている。A metal layer, for example, a nickel layer is formed on the semiconductor material layer in the amorphous state, and nickel is moved to the semiconductor layer by heating. In this movement process, the semiconductor material layer in the amorphous state is crystallized. . This phenomenon itself is caused by MILC (Metal Induced La
This is known as "terial Crystallization".
【0067】以下、図面を用いて本願発明の実施例につ
いて詳細に説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0068】図11は、本発明による代表的な素子の断
面構造を表わしたもの、また図12はその平面レイアウ
トを示したものである。本素子の配線構造およびその製
造方法は、通常のLSIと同様のため、図11では、素
子基本部分の形成終了時の構造で示し、いわゆる素子間
等で行われる配線層については省略している。図11に
おいて、250、350はソース、ドレインであり、チ
ャネル150に対して絶縁膜980を介して、ゲート5
00が電界効果を両側から及ぼしている。ドレイン35
0とチャネル150間に挟まれた絶縁膜931を通過
(トンネル)するキャリアが、ゲート500により制御
されている。600はドレイン350から引き出す埋め
込み配線層である。FIG. 11 shows a cross-sectional structure of a typical device according to the present invention, and FIG. 12 shows a plan layout thereof. Since the wiring structure of the present element and the method of manufacturing the same are the same as those of a normal LSI, FIG. 11 shows the structure at the time when the formation of the element basic portion is completed, and omits a wiring layer formed between elements. . In FIG. 11, 250 and 350 are a source and a drain, and the gate 5 is connected to the channel 150 via an insulating film 980.
00 exerts an electric field effect from both sides. Drain 35
Carriers that pass (tunnel) through the insulating film 931 sandwiched between the channel 0 and the channel 150 are controlled by the gate 500. Reference numeral 600 denotes a buried wiring layer drawn from the drain 350.
【0069】この構造では、図2で示したチャネル以外
の不要な接合は存在せず、また、チャネルと電極との接
合に絶縁膜931を挟むことになり、リーク電流を抑制
することができる。In this structure, there is no unnecessary junction other than the channel shown in FIG. 2, and the insulating film 931 is interposed between the junction of the channel and the electrode, so that the leak current can be suppressed.
【0070】以下、図5から図11を用いてその製造工
程を説明する。The manufacturing process will be described below with reference to FIGS.
【0071】シリコン基板100表面に厚さ500nm
の熱酸化膜900を形成する。次いで、この上部にホト
レジスト層を形成し、このホトレジスト層を所望形状に
パターニングする。そして、こうして準備したシリコン
基板を通例の異方性のドライエッチングにより熱酸化膜
900中に、例えば300nmの深さの溝102、10
3を形成する。(図5) 上記基板表面にタングステンを堆積し、CMP(Chemic
al Mechanical Polishing)法により、溝102、10
3以外に堆積したタングステンを取り除く。この工程は
ダマシン法として知られている。これにより、溝10
2、103中にタングステン600を詰め込んだ構造が
得られる。(図6) 上記基板上にチタン100nm(350)、チタンオキ
サイド5nm(931)を堆積し、さらに、多結晶シリ
コン200nm(150)を堆積する。この多結晶シリ
コン層150はチャネルとなる層である。ここを単結晶
化することでリーク電流を生じるもととなる粒界の準位
を低減することができる。本素子構造は、図5を用いて
説明した溝を形成する以外、パターニングを行う工程を
有さない。また、溝を用いて形成した下部配線層は、図
11に示したように、チャネル部150等の下に配置し
ている。そのため、最初に積層構造をはり合せることで
形成し、上部から積層をパターニング加工することで形
成することができる。そのため、単結晶を用いたチャネ
ルを実現することができる。(図7) また、前記のチタンオキサイド堆積後、ニッケル薄膜を
堆積する。こののち、アモルファス状のシリコンを堆積
し、550℃の低温熱処理を加えることで、ニッケルを
シリコン中移動させ、多結晶シリコン層150を結晶化
することができる。これにより良好な結晶性を持つチャ
ネル領域を得ることができる。尚、このニッケル薄膜
は、2nmより10nmの厚さの範囲、より好ましくは
3nmより6nmの範囲で選択される。又、前記の結晶
化処理を終えて後、このニッケル層を除去することも出
来る。The thickness of the silicon substrate 100 is 500 nm
Is formed. Next, a photoresist layer is formed on this, and this photoresist layer is patterned into a desired shape. Then, the thus prepared silicon substrate is formed into the thermal oxide film 900 by ordinary anisotropic dry etching, for example, the grooves 102 and 10 having a depth of 300 nm.
Form 3 (Fig. 5) Tungsten is deposited on the surface of the substrate, and the CMP (Chemic
al Mechanical Polishing), the grooves 102, 10
Tungsten deposited other than 3 is removed. This step is known as the damascene method. Thereby, the groove 10
A structure in which tungsten 600 is packed in 2, 103 is obtained. (FIG. 6) Titanium 100 nm (350) and titanium oxide 5 nm (931) are deposited on the substrate, and polycrystalline silicon 200 nm (150) is further deposited. This polycrystalline silicon layer 150 is a layer serving as a channel. By making this a single crystal, the level of a grain boundary that causes a leak current can be reduced. This element structure does not include a patterning step other than forming the grooves described with reference to FIG. Further, the lower wiring layer formed by using the groove is disposed below the channel portion 150 and the like as shown in FIG. Therefore, it can be formed by first laminating a laminated structure and patterning the laminated structure from above. Therefore, a channel using a single crystal can be realized. (FIG. 7) After the titanium oxide is deposited, a nickel thin film is deposited. After that, by depositing amorphous silicon and applying a low-temperature heat treatment at 550 ° C., nickel can be moved in the silicon and the polycrystalline silicon layer 150 can be crystallized. Thus, a channel region having good crystallinity can be obtained. The nickel thin film is selected in a thickness range of 2 nm to 10 nm, more preferably in a range of 3 nm to 6 nm. After the crystallization treatment, the nickel layer can be removed.
【0072】ホトレジストを用いてパターニングを行
い、多結晶シリコン、チタンオキサイド、チタンを加工
し、溝以外では酸化膜900表面を露出させる。 こう
して準備した半導体基体上に、酸化膜920を堆積す
る。次いで、この表面をCMP法により酸化膜920を
エッチングし、この酸化膜920の表面を多結晶シリコ
ン層150表面に合わせて平坦化を行う。次いで、この
上部に不純物を高濃度にドーピングした多結晶層25
0、さらにシリコン窒化膜950を堆積する。このと
き、不純物を高濃度にドーピングした多結晶層250の
堆積前に多結晶シリコン層150表面を窒化すること
で、極めて薄い絶縁膜を形成することができる。この薄
い絶縁膜によって、多結晶シリコン層150中への、外
部からの不純物の拡散を抑えることができる。この絶縁
膜は、チャネルの電流駆動力に対しては負荷となるた
め、必要な熱処理に比べチャネル長を確保できる場合に
は、多結晶シリコン層150上に直接堆積することがで
きる。尚、ここで、前記チャネル長は多結晶シリコン1
50の厚さに相当する。Patterning is performed using a photoresist to process polycrystalline silicon, titanium oxide, and titanium, exposing the surface of the oxide film 900 except for the grooves. An oxide film 920 is deposited on the semiconductor substrate thus prepared. Next, the oxide film 920 is etched on the surface by the CMP method, and the surface of the oxide film 920 is flattened to match the surface of the polycrystalline silicon layer 150. Next, a polycrystalline layer 25 doped with impurities at a high concentration
0, and a silicon nitride film 950 is further deposited. At this time, an extremely thin insulating film can be formed by nitriding the surface of the polycrystalline silicon layer 150 before depositing the polycrystalline layer 250 doped with impurities at a high concentration. With this thin insulating film, diffusion of impurities from the outside into the polycrystalline silicon layer 150 can be suppressed. Since this insulating film acts as a load for the current driving force of the channel, the insulating film can be directly deposited on the polycrystalline silicon layer 150 if the channel length can be secured as compared with the required heat treatment. Here, the channel length is polycrystalline silicon 1
Equivalent to a thickness of 50.
【0073】電極層250として、Pt、Er等のシリ
サイドや金属窒化膜、例えばTiNやWN等を耐熱バリ
ア層として堆積したのち、さらに金属材(例えば、タン
グステン等)の層を積層して形成することができる。該
窒化膜および金属層を920表面までエッチングする。
断面構造では現れていないが、このとき、図12に符号
250で示したようにコンタクト(720)形成の引き
出しを形成する。(図8) こうして準備した基体の上部にシリコン酸化膜921を
堆積し、CMP法により表面を平坦化する。ここでは、
以下層間膜となる堆積積層された酸化膜層は符号921
で示す。(図9) 更に、この基体の上部に、通例のフォトレジストを用い
たゲートパターンを形成する。そして、このゲートパタ
ーンを用いたエッチング方法によって、層間絶縁膜92
1に溝104を形成する。電極層250およびチャネル
となる多結晶シリコン150の側面を露出させる。(図
10) 前記溝104内の積層体の表面に、CVD法により5n
mのシリコン酸化膜980を堆積した後、ゲート500
を溝内に形成する。ゲート絶縁膜としては、例えばシリ
コン窒化膜やチタンオキサイドをも用いることができ
る。尚、図11ではシリコン酸化膜980は溝104の
内面の全面に形成されている。このシリコン酸化膜は、
この溝104の全面に必ずしも必要はない。例えば、層
間絶縁膜921の側壁等は必ずしも必要はない。しか
し、この例では酸化膜はCVD法によって形成されてい
る為、溝104の全面に形成されている。このことは、
以下の実施の諸形態においても同様である。(図11) 以下、通常のLSIの製造プロセスと同様に配線を形成
する。The electrode layer 250 is formed by depositing a silicide such as Pt or Er or a metal nitride film, for example, TiN or WN as a heat-resistant barrier layer, and further laminating a layer of a metal material (for example, tungsten or the like). be able to. The nitride film and the metal layer are etched to 920 surface.
Although not shown in the cross-sectional structure, at this time, a lead for forming the contact (720) is formed as shown by reference numeral 250 in FIG. (FIG. 8) A silicon oxide film 921 is deposited on the substrate thus prepared, and the surface is flattened by the CMP method. here,
Hereinafter, an oxide film layer which is deposited and laminated as an interlayer film is denoted by reference numeral 921.
Indicated by (FIG. 9) Further, a gate pattern using a usual photoresist is formed on the base. Then, by the etching method using this gate pattern, the interlayer insulating film 92 is formed.
1 is formed with a groove 104. The side surfaces of the electrode layer 250 and the polycrystalline silicon 150 serving as a channel are exposed. (FIG. 10) 5n is formed on the surface of the laminated body in the groove 104 by the CVD method.
After depositing a silicon oxide film 980 m, the gate 500
Is formed in the groove. As the gate insulating film, for example, a silicon nitride film or a titanium oxide can also be used. In FIG. 11, the silicon oxide film 980 is formed on the entire inner surface of the groove 104. This silicon oxide film
It is not always necessary to cover the entire surface of the groove 104. For example, the side walls of the interlayer insulating film 921 are not necessarily required. However, in this example, since the oxide film is formed by the CVD method, it is formed on the entire surface of the groove 104. This means
The same applies to the following embodiments. (FIG. 11) Thereafter, wiring is formed in the same manner as in a normal LSI manufacturing process.
【0074】図12は当該半導体装置の主要部よりの引
出し用のコンタクト領域の平面レイアウトを示す図であ
る。符号500の領域がゲートに対応する平面的な領域
を示している。図は、埋め込み引き出し層600へのコ
ンタクト710、ゲート500へのコンタクト730、
電極250へのコンタクト720の配置例を示してい
る。図11に見られるように、この構造では、電極35
0はチャネル150との間にバリア931が挟まれてい
るため、リーク電流を強く抑制することができる。FIG. 12 is a diagram showing a planar layout of a contact region for leading out from a main part of the semiconductor device. A region denoted by reference numeral 500 indicates a planar region corresponding to the gate. The figure shows a contact 710 to the buried extraction layer 600, a contact 730 to the gate 500,
An example of the arrangement of the contact 720 to the electrode 250 is shown. As can be seen in FIG.
Since the barrier 931 is sandwiched between the channel 0 and the channel 150, the leakage current can be strongly suppressed.
【0075】また、電極250に高濃度にドーピングし
た多結晶シリコンを用いた場合、該電極がチャネルのキ
ャリアの供給源となるため、不純物による導電型によ
り、N型およびP型のデバイスを形成することができ
る。When polycrystalline silicon doped at a high concentration is used for the electrode 250, the electrode serves as a supply source of channel carriers. Therefore, N-type and P-type devices are formed depending on the conductivity type of impurities. be able to.
【0076】上記の実施例では、引き出し形成のため、
上部電極250をチャネルパターニング後形成している
が、チャネル150と同時に形成することができる。こ
の例を、図13から図17を用いて説明する。In the above embodiment, the drawer is formed by
Although the upper electrode 250 is formed after the channel patterning, it can be formed simultaneously with the channel 150. This example will be described with reference to FIGS.
【0077】本例においては、上記実施例の図5より図
7までと同様に製造される。即ち、所定の基体に、配線
600、及びチタン層350、チタンオキサイド層93
1、多結晶シリコン層150が形成される。こうして準
備された基体の上部に、更に、チタンオキサイド層93
2、チタン層250、絶縁膜950を堆積する。(図1
3) この基体の上部に、通例のフォトレジストを用いたゲー
トパターンを形成する。そして、このゲートパターンを
用いたエッチング方法によって、酸化膜900表面が露
出するまで、該積層膜をエッチングする。(図14) 次いで、基体位上に、酸化膜920を堆積した後、CM
P法により平坦化し、更に、絶縁膜950表面が露出す
るまでエッチバックする。(図15) 更に、この基体の上部に、通例のフォトレジストを用い
たゲートパターンを形成する。そして、このゲートパタ
ーンを用いたエッチング方法によって、層920に溝1
05を形成する。こうして形成した溝105内の積層体
の側壁にゲート絶縁膜980形成する。更に、溝105
中にゲート層500を堆積する。そして、ゲート層50
0をエッチバックすることで、電極層250側面までゲ
ート層500が埋め込む構造とする。(図16) ゲー
ト層500上の溝を絶縁膜921で埋めた後、表面を平
坦化し、絶縁膜950を露出させる。そして、絶縁膜9
50を除去した後、金属材の層650を形成することに
より電極層250に対する配線を形成する。この工程は
通常のコンタクトホール形成および金属配線形成プロセ
スと同様である。こうして、ゲート層500および埋め
込み層600へのコンタクト形成および配線形成を同時
に行うことができる。(図17) 本素子を集積回路に用いた場合の有効性を示すため、代
表的演算ゲートであるOR回路とAND回路(あるいは
NAND回路)を形成する例を示す。In this embodiment, the device is manufactured in the same manner as in FIGS. 5 to 7 of the above embodiment. That is, the wiring 600, the titanium layer 350, and the titanium oxide layer 93 are formed on a predetermined base.
1. A polycrystalline silicon layer 150 is formed. On the substrate thus prepared, a titanium oxide layer 93 was further added.
2. A titanium layer 250 and an insulating film 950 are deposited. (Figure 1
3) A gate pattern using a usual photoresist is formed on the base. Then, the stacked film is etched by the etching method using the gate pattern until the surface of the oxide film 900 is exposed. (FIG. 14) Next, after depositing an oxide film 920 on the substrate, CM
The surface is flattened by the P method, and further etched back until the surface of the insulating film 950 is exposed. (FIG. 15) Further, a gate pattern using a usual photoresist is formed on the base. Then, the groove 1 is formed in the layer 920 by an etching method using this gate pattern.
05 is formed. A gate insulating film 980 is formed on the side wall of the stacked body in the groove 105 thus formed. Further, the groove 105
A gate layer 500 is deposited therein. Then, the gate layer 50
By etching back 0, the gate layer 500 is buried up to the side surface of the electrode layer 250. (FIG. 16) After filling the groove on the gate layer 500 with the insulating film 921, the surface is flattened and the insulating film 950 is exposed. Then, the insulating film 9
After removing 50, a wiring for the electrode layer 250 is formed by forming a layer 650 of a metal material. This step is the same as a normal contact hole forming and metal wiring forming process. Thus, contact formation and wiring formation on the gate layer 500 and the buried layer 600 can be performed simultaneously. (FIG. 17) In order to show the effectiveness when this element is used for an integrated circuit, an example in which an OR circuit and an AND circuit (or a NAND circuit), which are typical operation gates, are shown.
【0078】図18は4入力のOR回路を示す等価回路
図である。図19はこれに対応した電極部の平面レイア
ウトを示す図である。尚、図19においては、全体の配
置を示すため、ゲート層500、引き出し部600、お
よび電極250引き出しと、それぞれのコンタクトのみ
を記した。FIG. 18 is an equivalent circuit diagram showing a 4-input OR circuit. FIG. 19 is a diagram showing a planar layout of an electrode portion corresponding to this. In FIG. 19, only the gate layer 500, the lead-out part 600, and the lead-out of the electrode 250 and only the respective contacts are shown to show the entire arrangement.
【0079】図18に示す回路自体は通例のものである
が、本願発明は、この回路を構成する絶縁ゲート型電界
効果型トランジスタのチャネル領域の構造およびその各
部の取りだし構造に特徴を有する。図において理解を容
易にする為、本願発明に係わる絶縁ゲート型電界効果型
トランジスタのチャネル領域は波線で示した。Although the circuit itself shown in FIG. 18 is a typical one, the present invention is characterized by the structure of the channel region of the insulated gate field effect transistor constituting this circuit and the structure for removing each part thereof. For easy understanding in the drawings, the channel region of the insulated gate field effect transistor according to the present invention is indicated by a broken line.
【0080】図20は3入力のAND回路の等価回路図
である。図21はこれに対応した電極部の平面レイアウ
トを示す図である。引き出し部600と電極250を、
交互につないで行くことで、回路上の素子の縦積みが形
成できる。従って、本例は極めて小型化に有利である。
図21では、この様子を解りやすくするため、上部引き
出し層である電極層250をハッチングで示した。FIG. 20 is an equivalent circuit diagram of a three-input AND circuit. FIG. 21 is a diagram showing a planar layout of an electrode portion corresponding to this. The lead portion 600 and the electrode 250 are
By connecting them alternately, a vertical stack of elements on the circuit can be formed. Therefore, this example is extremely advantageous for miniaturization.
In FIG. 21, the electrode layer 250, which is the upper extraction layer, is shown by hatching in order to easily understand this situation.
【0081】前述したように、本発明の構造を用いて、
不純物の選択によりCMOSのような相補型の素子を形
成することができる。即ち、本願発明の構造では、電極
250形成時に、イオン打ち込み法により、ドーピング
する不純物の導電型を変えることができるためである。As described above, using the structure of the present invention,
By selecting an impurity, a complementary element such as a CMOS can be formed. That is, in the structure of the present invention, the conductivity type of the impurity to be doped can be changed by the ion implantation method when the electrode 250 is formed.
【0082】図22はインバータの例の電極部の平面レ
イアウトを示す図である。この例は、本願発明の半導体
装置の構造を用い、且つそのチャネル領域がN型および
P型の各素子を用いてインバータを形成したものであ
る。2つの電極250のうち、上側には、砒素を、下側
にはボロンをドーピングしている。ゲートコンタクト7
30が入力端子、引き出し600へのコンタクト720
が出力端子である。配線650により電極層250へ、
それぞれ、グランド電位、電源電位が給電されている。FIG. 22 is a diagram showing a planar layout of an electrode portion of an example of an inverter. In this example, an inverter is formed using the structure of the semiconductor device of the present invention and using N-type and P-type elements in the channel region. Of the two electrodes 250, the upper side is doped with arsenic and the lower side is doped with boron. Gate contact 7
30 is an input terminal, a contact 720 to the drawer 600
Is an output terminal. To the electrode layer 250 by the wiring 650
A ground potential and a power supply potential are supplied, respectively.
【0083】図23は、インバータを2段接続した様子
を示す電極部の平面レイアウトを示す図である。即ち、
図23の構造は図22の構造を2段接続した構造であ
る。入力730と出力720を重ねることで、2つのイ
ンバータの接続がなされている。FIG. 23 is a diagram showing a planar layout of an electrode portion showing a state where inverters are connected in two stages. That is,
The structure of FIG. 23 is a structure in which the structure of FIG. 22 is connected in two stages. By overlapping the input 730 and the output 720, two inverters are connected.
【0084】プロセスにおいては、ゲート500堆積前
にコンタクト720を形成することで、直接次段と連結
することができる。In the process, by forming the contact 720 before depositing the gate 500, it is possible to directly connect to the next stage.
【0085】本願発明の素子構造では、縦形構造を用い
ているため、上部電極250からの引き出し配線の形成
が一つの課題である。上記実施例以外の引き出し形成方
法について、図24から図29を用いて説明する。図2
4から図29は、本例を説明するため、製造工程順に示
した素子の断面図である。In the device structure of the present invention, since a vertical structure is used, one problem is to form a wiring extending from the upper electrode 250. A drawer forming method other than the above embodiment will be described with reference to FIGS. FIG.
FIGS. 4 to 29 are cross-sectional views of the device shown in the order of the manufacturing process for explaining the present example.
【0086】本願発明の製造方法を説明した工程によっ
て前記図13と同様の積層体を得る。即ち、半導体基板
100の上部に、絶縁層900が設けられ、この絶縁膜
に埋め込み配線600等を形成される。そして、こうし
て準備した基体の上部に、金属電極350を構成するチ
タン層、トンネル絶縁膜931となるチタンオキサイド
層、チャネル領域150となる多結晶シリコン層、更
に、第2の導電領域250を構成するチタン層、上部の
絶縁物層920としてのシリコン酸化物層を積層する。
そして、電界効果型トランジスタのキャリアの進行方
向、即ち、チャネル方向に所望形状を得る為、通例の方
法によって、パターニングを行う。図24は、紙面垂直
方向にパターニングされた柱状積層膜(層350、15
0、250、920)の断面を示したものである。(図
24) こうして準備した基体上に、ゲート絶縁膜を形成後、ゲ
ート電極層500および絶縁膜955を積層する。尚、
前記ゲート絶縁膜は層500と層920の間に存在する
が、図25ではその断面の取り方で現れていない。又、
絶縁膜955はシリコン窒化膜を用いた。そして、これ
らの積層体、層500,及び層955を所望形状にパタ
ーニングを行う。図25では、断面の取り方によって柱
上のみゲート断面が示されている。例えば、図16に見
られるように、層500は溝105内に深く形成されて
いる。同様の構造は本例でも存在すると言うことであ
る。(図25) 次いで、前記層500及び層955の側壁に、スペーサ
となる絶縁膜956を堆積後する。絶縁膜955、絶縁
膜956の領域をマスク領域として、積層膜920、2
50、150、350を、所望形状にエッチングする。
尚、絶縁膜955及び956の形成は、例えば、通例の
CVD法によれば良い。(図26) こうして、準備した基体上に、酸化膜921を堆積し、
更に、CMP法により、積層体の表面を平坦化する。
(図27) 引き出し形成部に対応する領域に開口を有するマスクを
かけ、且つ、絶縁膜955、絶縁膜956の領域をマス
ク領域として溝を形成し、導電体層250側面を露出せ
しめる。(図28) この溝の内部にタングステン625を埋め込むことで、
引き出し配線を形成する。これにより隣接する素子同士
を自己整合的に接続してゆくことができる。即ち、図2
9における、各導電層250の領域が溝部251によっ
て隔てられているが、タングステン層625によって相
互に電気的に接続される。そして、このタングステン層
625は、これまでに形成された溝251によってその
寸法を規定されている。即ち、本例では、溝形成の為に
用いるマスクの形成によって、その後の寸法規定がなさ
れている。(図29) 本願発明の半導体装置は、電極のリークを極めて低く抑
えられることに特徴がある。この特徴を活かす上で、一
般に、電荷によって情報の記憶を行うメモリ素子への応
用が好適である。なかでもゲインセルと呼ばれるタイプ
に用いることで、優れた半導体記憶装置を供することが
できる。The same laminate as that of FIG. 13 is obtained by the steps described in the manufacturing method of the present invention. That is, the insulating layer 900 is provided on the semiconductor substrate 100, and the embedded wiring 600 and the like are formed in the insulating film. Then, a titanium layer forming the metal electrode 350, a titanium oxide layer forming the tunnel insulating film 931, a polycrystalline silicon layer forming the channel region 150, and a second conductive region 250 are formed on the base thus prepared. A titanium layer and a silicon oxide layer as an upper insulator layer 920 are stacked.
Then, in order to obtain a desired shape in the traveling direction of carriers of the field-effect transistor, that is, in the channel direction, patterning is performed by a usual method. FIG. 24 shows a columnar laminated film (layers 350 and 15) patterned in the direction perpendicular to the paper surface.
0, 250, and 920). (FIG. 24) After a gate insulating film is formed over the substrate thus prepared, the gate electrode layer 500 and the insulating film 955 are stacked. still,
The gate insulating film exists between the layer 500 and the layer 920, but is not shown in FIG. or,
As the insulating film 955, a silicon nitride film was used. Then, the stacked body, the layer 500, and the layer 955 are patterned into a desired shape. FIG. 25 shows the gate cross section only on the pillar depending on how the cross section is taken. For example, as seen in FIG. 16, the layer 500 is formed deep within the trench 105. A similar structure exists in this example. (FIG. 25) Next, an insulating film 956 serving as a spacer is deposited on the side walls of the layers 500 and 955. Using the regions of the insulating films 955 and 956 as mask regions, the stacked films 920 and
Etch 50, 150, 350 into the desired shape.
The insulating films 955 and 956 may be formed by, for example, a general CVD method. (FIG. 26) Thus, an oxide film 921 is deposited on the prepared base,
Further, the surface of the laminate is flattened by the CMP method.
(FIG. 27) A mask having an opening in a region corresponding to the lead formation portion is formed, and a groove is formed using the region of the insulating films 955 and 956 as a mask region to expose the side surface of the conductor layer 250. (FIG. 28) By embedding tungsten 625 inside this groove,
Form a lead wiring. This allows adjacent elements to be connected in a self-aligned manner. That is, FIG.
9, the regions of the respective conductive layers 250 are separated by the grooves 251, but are electrically connected to each other by the tungsten layer 625. The dimensions of the tungsten layer 625 are defined by the grooves 251 formed so far. That is, in the present example, subsequent dimensions are defined by forming a mask used for forming the groove. (FIG. 29) The semiconductor device of the present invention is characterized in that electrode leakage can be extremely suppressed. In utilizing this feature, application to a memory element that stores information by using electric charges is generally suitable. In particular, by using a type called a gain cell, an excellent semiconductor memory device can be provided.
【0087】図30は主要部のみを模式的に示したゲイ
ンセルでの本願発明に係る半導体装置の適応例の断面図
である。メモリセルは、半導体基板100に形成された
素子による読み出し部と、本発明素子を用いた記憶情報
書き込み部よりなる。FIG. 30 is a cross-sectional view of an application example of a semiconductor device according to the present invention in a gain cell schematically showing only a main part. The memory cell includes a reading unit using an element formed on the semiconductor substrate 100 and a storage information writing unit using the element of the present invention.
【0088】半導体基板100に通例の不純物領域22
0、および320が形成され、電界効果型トランジスタ
のチャネル領域を構成する。このチャネル領域を覆って
ゲート絶縁膜970が形成される。こうして構成された
トランジスタ部が前記の読み出し部となる。そして、こ
の上部に次のような記憶情報書き込み部が形成される。
尚、前記記憶情報書き込み部となる半導体装置は、これ
まで述べてきた本願発明に係る素子であるので、ここで
はその詳細の説明は省略する。図30において、符号9
31はトンネル絶縁膜、150はチャネルとなる半導体
層、250は第2の導電体層、980はゲート絶縁膜、
500はゲート電極層である。An impurity region 22 customary in the semiconductor substrate 100
0 and 320 are formed to form the channel region of the field effect transistor. A gate insulating film 970 is formed to cover the channel region. The transistor section configured in this manner is the read section. Then, a storage information writing section as described below is formed on this upper portion.
Since the semiconductor device serving as the storage information writing unit is the element according to the present invention described above, the detailed description thereof is omitted here. In FIG.
31 is a tunnel insulating film, 150 is a semiconductor layer serving as a channel, 250 is a second conductor layer, 980 is a gate insulating film,
500 is a gate electrode layer.
【0089】電極となる導電領域350は、前記ゲート
絶縁膜970の上部に直接形成され、書き込み素子のド
レインであるとともに、読み出し素子のゲート電極とな
っている。本メモリセルにおいては、電極350のもつ
電荷により情報として記憶され、その読み出し素子に与
える電界効果によって、チャネル特性を変化させ、電極
220、320間を流れる電流として、情報が読み出さ
れる。記憶保持部である導電領域350のリークが少な
いことが、良好な情報保持性能を可能にしている。ここ
で導電領域350は記憶保持部であるため、抵抗値はあ
まり重要ではない。そのため、高濃度に不純物をドーピ
ングすることで金属化した多結晶シリコンを用いてこの
導電領域、電極層を形成してもよい。The conductive region 350 serving as an electrode is formed directly on the gate insulating film 970 and serves as a drain of a writing element and a gate electrode of a reading element. In this memory cell, information is stored as electric charge of the electrode 350, the channel characteristics are changed by an electric field effect applied to the read element, and the information is read as a current flowing between the electrodes 220 and 320. The small leak of the conductive region 350 serving as the memory holding unit enables good information holding performance. Here, the resistance value is not so important because the conductive region 350 is a storage unit. Therefore, the conductive region and the electrode layer may be formed using polycrystalline silicon metallized by doping impurities at a high concentration.
【0090】代表的メモリ素子の基本回路構成の例を図
31及び図32に示した。次に、これらのメモリセルの
動作について説明する。FIGS. 31 and 32 show examples of the basic circuit configuration of a typical memory element. Next, the operation of these memory cells will be described.
【0091】図31は、図30に示した半導体素子を等
価的に示したメモリセルの回路図である。回路の理解を
容易にする為に、図31の2つのトランジスタT1、T
2に対して、図30の構造図に示した各部の符号を付し
た。素子T1読み出し部を構成するトランジスタ、素子
T2は本願発明に係る半導体装置を用いた記憶情報書き
込み部である。FIG. 31 is a circuit diagram of a memory cell equivalently showing the semiconductor element shown in FIG. In order to facilitate understanding of the circuit, two transistors T1 and T1 shown in FIG.
2, the reference numerals of the respective parts shown in the structural diagram of FIG. The transistor constituting the reading section of the element T1 and the element T2 are a storage information writing section using the semiconductor device according to the present invention.
【0092】D1は読み出しワード線、D2は書き込み
ワード線、D3は書き込みデータ線、D4は読み出しデ
ータ線である。D2をオンさせることで、記憶保持部
(ゲート電極)にD3電位を書き込み、オフすること
で、電荷を保持させる。このとき、読み出し素子のゲー
ト電位が決められる。例えば、ゲート電位がトランジス
タの閾値を超えている場合、D1、D4間に電位差を与
えると、電流が流れる。一方、ゲート電位が閾値より低
い場合、D1、D4間に電位差を与えても電流は流れな
い。そのため、この電流によって、ゲート電位を読み出
すことができる。D1 is a read word line, D2 is a write word line, D3 is a write data line, and D4 is a read data line. By turning on D2, the potential of D3 is written to the memory holding portion (gate electrode), and by turning off, the charge is held. At this time, the gate potential of the read element is determined. For example, when the gate potential exceeds the threshold value of the transistor, a current flows when a potential difference is applied between D1 and D4. On the other hand, when the gate potential is lower than the threshold value, no current flows even if a potential difference is applied between D1 and D4. Therefore, the gate potential can be read by this current.
【0093】図59は上記の例での各信号の例のタイム
チャートである。D1、D2、D3、およびD4は各々
読み出しワード線、書き込みワード線、書き込みデータ
線、読み出しデータ線への電圧の印加を示している。こ
こでは、図31に示した配線記号を用いている。図59
は、同一導電型素子を書き込み、読み出し素子に用いた
メモリセルによる書き込み(tw)、読み出し(tr)
を繰り返す例を示している。ここでは、読み出し時に、
D4の電位変化を読み取り、センスアンプにより駆動さ
せる例を示している。D4はtrステップの前に一度中
間電位を与え、そこからの変化で読み出す例を示してい
る。FIG. 59 is a time chart showing an example of each signal in the above example. D1, D2, D3, and D4 indicate the application of voltages to the read word line, write word line, write data line, and read data line, respectively. Here, the wiring symbols shown in FIG. 31 are used. Figure 59
Means writing (tw) and reading (tr) by the memory cells used for writing and reading elements of the same conductivity type.
Is repeated. Here, at the time of reading,
An example is shown in which a potential change of D4 is read and driven by a sense amplifier. D4 shows an example in which an intermediate potential is applied once before the tr step, and reading is performed based on a change therefrom.
【0094】この構造では、書き込み部と読み出し部
が、動作上分離されているため、集積化しても、読み出
し動作が他のセルの情報を破壊する問題は生じてこな
い。図31に示した等価回路図では、D1とD2、D3
とD4とが各組毎に幾何学的に平行になるように配置さ
れている。しかし、実際の半導体装置の構造では、少な
くともD1とD4、D2とD3が幾何学的に直交するよ
うに配置されていればよい。D1とD2、D3とD4と
は、必ずしも幾何学的に平行に配置する必要はない。そ
れは、読み出しと書き込みが分離されているためであ
る。In this structure, since the writing section and the reading section are separated from each other in operation, the problem that the reading operation destroys information in other cells does not occur even if they are integrated. In the equivalent circuit diagram shown in FIG. 31, D1, D2, D3
And D4 are arranged so as to be geometrically parallel for each set. However, in the actual structure of the semiconductor device, at least D1 and D4 and D2 and D3 may be arranged so as to be orthogonal to each other. D1 and D2 and D3 and D4 need not necessarily be arranged geometrically parallel. This is because reading and writing are separated.
【0095】図32は、書き込みと読み出しのワード線
をD4に兼用させたものである。動作を説明するため
に、容量素子910を積極的に加えている。しかし、実
際の構造においては、電極350とゲート500にはオ
ーバーラップが存在するため、特別なプロセスを追加す
ることなく形成することができる。いわゆる寄生容量を
設定し、これをもってこの容量となすことが可能であ
る。FIG. 32 shows a case in which the write and read word lines are shared by D4. In order to explain the operation, a capacitor 910 is positively added. However, in an actual structure, since the electrode 350 and the gate 500 have an overlap, they can be formed without adding a special process. It is possible to set a so-called parasitic capacitance and use this as this capacitance.
【0096】D1、D3は読み出しデータ線、D2は書
き込みデータ線、D4はワード線である。書き込み素子
と、読み出し素子を反対導電型によって形成すると、相
補的に動作させることができる。例えば、書き込み素子
をP型、読み出し素子をN型としたとき、書き込み素子
はワード線D4に負電位を加えることでオン状態とな
り、電位が書き込まれる。一方、読み出し素子において
は、正電位を加えることで、チャネルはオン状態とな
る。すなわち、D4に正電位を加えることで、容量カッ
プリングにより読み出し素子のゲートに正電位を与える
ことができる。このとき、書き込み素子においては、よ
りオフ状態が強まるため、電荷リークを抑えることがで
きる。従来のゲインセルでは、相補的動作ができなかっ
たため、書き込み(消去)時に、最も高いゲート電圧を
与え、その情報を破壊しないように、それより、低い電
圧で読み出す必要があった。そのため、情報として使え
る電位範囲が狭く、多値情報を持たせることが困難であ
った。相補的動作においては、読み出し時のワード線電
位には、こうした制約がないため、多値の情報(多段階
の電位状態)を用いることができる。D1 and D3 are read data lines, D2 is a write data line, and D4 is a word line. When the write element and the read element are formed with opposite conductivity types, they can operate complementarily. For example, when the write element is P-type and the read element is N-type, the write element is turned on by applying a negative potential to the word line D4, and the potential is written. On the other hand, in the read element, the channel is turned on by applying a positive potential. That is, by applying a positive potential to D4, a positive potential can be applied to the gate of the reading element by capacitive coupling. At this time, in the writing element, the off state is further increased, so that charge leakage can be suppressed. In a conventional gain cell, complementary operation could not be performed, so that it was necessary to apply the highest gate voltage at the time of writing (erasing) and to read at a lower voltage so as not to destroy the information. Therefore, the potential range that can be used as information is narrow, and it is difficult to provide multi-value information. In the complementary operation, since there is no such restriction on the word line potential at the time of reading, multi-valued information (multi-stage potential state) can be used.
【0097】図60は、相補型メモリセルの基本動作の
タイムチャートを示している。ここで、D2が書き込み
(tw)時と読み出し(tr)時に反対方向にバイアス
されるのが特徴である。図60において、4値の電位を
記憶ノードに順次書き込み、それぞれ読み出し動作を繰
り返す例を示している。ここで、D4ha電流センスを
与え、一定電位で動作させる例を示している。尚、D
1、D3は読み出しデータ線、D2は書き込みデータ
線、D4はワード線に対する電圧を示している。D3の
電圧状態に見られるように、例えば実質的に4値の情報
を用いることが可能となる。FIG. 60 shows a time chart of the basic operation of the complementary memory cell. The feature is that D2 is biased in the opposite direction at the time of writing (tw) and at the time of reading (tr). FIG. 60 illustrates an example in which quaternary potentials are sequentially written to storage nodes and read operations are repeated. Here, an example is shown in which a D4ha current sense is applied to operate at a constant potential. Note that D
1, D3 indicates a read data line, D2 indicates a write data line, and D4 indicates a voltage to a word line. As seen from the voltage state of D3, for example, it is possible to use substantially four-valued information.
【0098】また、読み出し時のゲート電位にデータ破
壊による制約がないことから、自由に印加電位を与える
ことができるため、デジタル化したものではなく、保持
電荷状態を連続した状態として読み出すこともできる。
また、ゲート印加電圧と保持電荷状態により読み出し結
果が与えられることから、これを用いて演算処理を行う
ことができる。Further, since there is no restriction on the gate potential at the time of reading due to data destruction, the applied potential can be given freely, so that the stored charge state can be read out as a continuous state instead of digitized one. .
In addition, since the read result is given by the gate applied voltage and the state of the retained charges, arithmetic processing can be performed using the read result.
【0099】図33は図31のメモリセルのアレイ状に
配置した例を示したものである。C0は書き込みワード
線のドライバ部、C1は書き込みデータ線のドライバ
部、C2は読み出しワード線のドライバ部、C3は読み
出しデータ線のセンス部である。図33で各メモリセル
部は前述したところであるので、ここでは詳細は省略す
る。本例は通例のメモリ装置の駆動方法を取ることが出
来る。FIG. 33 shows an example in which the memory cells of FIG. 31 are arranged in an array. C0 is a write word line driver, C1 is a write data line driver, C2 is a read word line driver, and C3 is a read data line sense. Since each memory cell section has been described above in FIG. 33, the details are omitted here. In this example, a general method of driving a memory device can be used.
【0100】本願発明の半導体装置の構造におけるリー
ク電流の抑制は、電極とチャネル部に挟まれた絶縁膜の
トンネル現象をゲート電極により有効に制御することで
成り立っている。すなわち、書き込み素子ゲートと記憶
保持部であるドレイン電極の電位関係を保持すること
が、リーク電流低減において重要である。そこで、本メ
モリ素子応用において、書き込みワード線をある電位状
態で安定化することができる装置Rをおくことが有効で
ある。この手段については、前述した通り、例えば装置
Rとして抵抗を接続することで十分である。この手段R
によって、書き込みワード線の電位を通常、接地電位と
なるようにすることができる。The suppression of the leakage current in the structure of the semiconductor device of the present invention is achieved by effectively controlling the tunnel phenomenon of the insulating film sandwiched between the electrode and the channel by the gate electrode. That is, it is important to maintain the potential relationship between the write element gate and the drain electrode serving as the memory holding section in reducing the leak current. Therefore, in this memory element application, it is effective to provide a device R capable of stabilizing the write word line at a certain potential state. As for this means, as described above, it is sufficient to connect a resistor as the device R, for example. This means R
Thereby, the potential of the write word line can be normally set to the ground potential.
【0101】すなわち、この記憶装置が電源から切り離
されても、ワード線は接地電位に固定されリーク電流は
抑制できるため、長時間、情報を保持し続けることがで
きる。装置Rとして抵抗を用いた場合、動作状態、すな
わちワード線が選択された状態では、消費電力を増大さ
せることになるが、選択されるワード線は最大でもアレ
イ中一本であり、適当な大きさの抵抗を選ぶことでそれ
ほど消費電力を増大させることなく良好な情報保持特性
を得ることができる。That is, even if the storage device is disconnected from the power supply, the word line is fixed at the ground potential and the leak current can be suppressed, so that the information can be kept for a long time. When a resistor is used as the device R, power consumption increases in an operating state, that is, in a state in which a word line is selected. However, the number of selected word lines is at most one in the array, and an appropriate size is selected. By selecting such a resistor, good information retention characteristics can be obtained without significantly increasing power consumption.
【0102】図32に示したメモリセルを用いても、図
33と同様にメモリセルアレイを形成することができ
る。他方、図34に示すように多段のメモリセルを積み
重ねる、いわゆるNAND型のアレイを組むことが有効
である。相補的に働かせることができるため、同一の読
み出しデータ線であるB0、B1、B2に連なるセル
を、A0からA7に順次電圧を加えることでオンさせる
ことができるためである。そのため、データ線が、拡散
層とチャネルによって形成されるため、配線およびコン
タクトの形成を減らすことができる。そのためメモリセ
ルの微細化が容易になり、高集積化することが可能にな
る。Even if the memory cell shown in FIG. 32 is used, a memory cell array can be formed in the same manner as in FIG. On the other hand, as shown in FIG. 34, it is effective to form a so-called NAND type array in which multiple stages of memory cells are stacked. This is because they can work complementarily, so that cells connected to the same read data line B0, B1, and B2 can be turned on by sequentially applying voltages to A0 to A7. Therefore, since the data line is formed by the diffusion layer and the channel, the number of wirings and contacts can be reduced. Therefore, miniaturization of the memory cell is facilitated, and high integration can be achieved.
【0103】図35から図40を用いて、代表的メモリ
セルの形成プロセスを説明する。これらの図は、半導体
記憶装置の断面構造を示している。また、図には、中央
のギャップを挟んで左右でそれぞれ別の断面での様子を
示している。図の左側の断面図ではゲート電極500が
紙面に垂直に延在するような断面、右側の断面図では紙
面の面内にゲート電極500を含む断面である。A typical memory cell forming process will be described with reference to FIGS. These figures show a cross-sectional structure of the semiconductor memory device. The figure also shows different cross sections on the left and right sides of the center gap. The cross section on the left side of the drawing is a cross section in which the gate electrode 500 extends perpendicularly to the plane of the paper, and the cross section on the right side is a cross section including the gate electrode 500 in the plane of the paper.
【0104】シリコン基板100上に通常のMOSLS
Iの形成に用いられる浅溝素子分離法により、素子分離
絶縁膜900を形成する。次に、露出したシリコン表面
を熱酸化することで、読み出し素子用ゲート絶縁膜90
5を形成する。その上に、記憶ノードとなる金属電極3
50およびトンネル膜931、チャネル150を積層す
る。(図35) チャネル領域となる半導体層150および電極350
を、通例のホトレジスト法により所望形状にパターニン
グする。こうして溝105が形成される。次いで、前記
の加工によって開口された領域にイオン打ち込みを行い
拡散層220を形成する。(図36) こうして準備した基板上に酸化膜921を堆積し、その
表面をCMP法により平坦化し、多結晶シリコン150
が露出するまでエッチバックする。(図37) 不純物拡散抑制のために薄い窒化膜を形成したのち、高
濃度不純物をドーピングした多結晶シリコン250を堆
積する。そして、この多結晶シリコン250を所望形状
に加工し、書き込み素子データ線250とする。尚、こ
こで、前記不純物拡散抑制のために薄い窒化膜は図示が
省略されている。(図38) 書き込み素子用ゲート形成部の酸化膜をエッチングし溝
107を形成する。こうして、露出したチャネル領域1
50の少なくとも側面等にゲート絶縁膜980を堆積す
る。拡散層上に形成した絶縁膜は、耐圧劣化が大きいこ
とが知られている。そのため、ここでは、スペーサとな
る絶縁層935をおいて耐圧向上を図っている。スペー
サおよび拡散層を除き、基板上にゲート絶縁膜を形成す
ることで、拡散層の代わりにゲートの電界効果による反
転層によりソース、ドレインを形成してもよい。(図3
9) ゲート層500を形成し、次いで、この層500を書き
込み素子ワード線としてパターニングする。図40の右
側の断面図では所望形状とされたゲート500が、左側
の断面図では溝部107に存在するゲート電極がしめさ
れている。本メモリセルは、シリコン基板上に形成され
ているので、従来のMOSFETと整合性よく集積する
ことができる。(図40) 次に、上記とは異なる別なメモリセル形成法を、図41
から図46を用いて説明する。これらの図においては、
前記と同じく、2つの断面構造を合わせてしめしてい
る。Normal MOSLS on silicon substrate 100
An element isolation insulating film 900 is formed by a shallow trench element isolation method used for forming I. Next, by thermally oxidizing the exposed silicon surface, the read element gate insulating film 90 is formed.
5 is formed. On top of that, a metal electrode 3 serving as a storage node
50, the tunnel film 931 and the channel 150 are stacked. (FIG. 35) Semiconductor Layer 150 and Electrode 350 to Be Channel Region
Is patterned into a desired shape by a conventional photoresist method. Thus, a groove 105 is formed. Next, ion implantation is performed on the region opened by the above-described processing to form the diffusion layer 220. (FIG. 36) An oxide film 921 is deposited on the substrate thus prepared, and its surface is planarized by the CMP method.
Etch back until is exposed. (FIG. 37) After forming a thin nitride film for suppressing impurity diffusion, polycrystalline silicon 250 doped with high-concentration impurities is deposited. Then, the polycrystalline silicon 250 is processed into a desired shape to form a write element data line 250. Here, the illustration of a thin nitride film for suppressing the impurity diffusion is omitted. (FIG. 38) A groove 107 is formed by etching the oxide film in the write element gate formation portion. Thus, the exposed channel region 1
A gate insulating film 980 is deposited on at least the side surfaces of the gate insulating film 50. It is known that an insulating film formed on a diffusion layer has a large deterioration in breakdown voltage. Therefore, here, the withstand voltage is improved by providing the insulating layer 935 serving as a spacer. By forming a gate insulating film over the substrate except for the spacer and the diffusion layer, the source and the drain may be formed by an inversion layer due to the electric field effect of the gate instead of the diffusion layer. (FIG. 3
9) Form a gate layer 500 and then pattern this layer 500 as a write element word line. In the sectional view on the right side of FIG. 40, the gate 500 having a desired shape is shown, and in the sectional view on the left side, the gate electrode existing in the groove 107 is shown. Since this memory cell is formed on a silicon substrate, it can be integrated with a conventional MOSFET with good consistency. (FIG. 40) Next, another memory cell forming method different from the above is described in FIG.
This will be described with reference to FIG. In these figures,
As described above, the two cross-sectional structures are combined.
【0105】素子分離領域900を形成したシリコン基
板100上に、読み出し素子のゲート絶縁膜905、記
憶ノードとなる電極250、トンネル膜931、チャネ
ル150、上部電極250、電極保護膜950を積層す
る。(図41) 読み出しデータ方向に溝状201に積層膜を加工し、イ
オン打ち込み法により、電極220を形成する。(図4
2) データ線と直交するワード線方向にワード線パターンに
より積層膜を加工する。(図43) ゲート絶縁膜980形成後、ゲート500を堆積しエッ
チングすることで、柱状積層膜周囲にスペーサ状のゲー
トを形成する。この時、図中右に示したようにワード線
方向の柱間隔を、データ線方向(図中左)に比べ狭く
し、かつ、500の堆積厚さをワード線方向間隔の1/
2以上、データ線方向間隔の1/2以下とすることで、
ワード線方向のみ、自己整合的にゲート電極を接続する
ことができる。(図44) こうして準備した基体の上部に、層間膜921を堆積、
そして、これを平坦化し電極保護膜950を露出させ
る。(図45) 電極保護膜950を除去し、金属配線625を堆積す
る。そして、この金属配線625を所望形状に加工する
ことで、書き込み素子データ線を形成することができ
る。(図46) 尚、本メモリセルにおいて、ゲート500形成前(図4
1の段階後)一旦酸化膜で平坦化しエッチバックするこ
とで、シールド層935を形成することができる。(図
47)これにより、書き込み素子と読み出し素子の相互
干渉を減らし、また読み出し素子の耐圧を向上すること
ができる。A gate insulating film 905 of a read element, an electrode 250 serving as a storage node, a tunnel film 931, a channel 150, an upper electrode 250, and an electrode protection film 950 are stacked on the silicon substrate 100 having the element isolation region 900 formed thereon. (FIG. 41) The laminated film is processed into a groove 201 in the read data direction, and the electrode 220 is formed by ion implantation. (FIG. 4
2) The laminated film is processed by a word line pattern in a word line direction orthogonal to the data lines. (FIG. 43) After the gate insulating film 980 is formed, the gate 500 is deposited and etched to form a spacer-like gate around the columnar laminated film. At this time, as shown on the right side of the drawing, the column interval in the word line direction is made narrower than that in the data line direction (left side in the drawing), and the deposition thickness of 500 is reduced to 1/1 / the word line direction interval.
By setting it to 2 or more and 1/2 or less of the data line direction interval,
The gate electrodes can be connected in a self-aligned manner only in the word line direction. (FIG. 44) An interlayer film 921 is deposited on the substrate thus prepared.
Then, this is flattened to expose the electrode protection film 950. (FIG. 45) The electrode protection film 950 is removed, and a metal wiring 625 is deposited. Then, by processing the metal wiring 625 into a desired shape, a writing element data line can be formed. (FIG. 46) In this memory cell, before the gate 500 is formed (FIG.
After the first step), the shield layer 935 can be formed by once flattening with an oxide film and etching back. (FIG. 47) Thereby, the mutual interference between the write element and the read element can be reduced, and the withstand voltage of the read element can be improved.
【0106】更に、その他のメモリセル形成方法を、図
48から図58を用いて説明する。図48は図31に示
したメモリセルをアレー状に配置した半導体記憶装置の
レイアウトである。ここでは、12セルを用いて示して
いる。図48でのD1、D2、D3、及びD4は各々図
31におけるそれに対応する。即ち、D1は読み出しワ
ード線、D2は書き込みワード線、D3は書き込みデー
タ線、D4は読み出しデータ線を表している。図は各デ
ータ線及び各ワード線、コンタクトホール、基体での不
純物拡散領域が模式的に示されている。細い線で表され
た読み出しワード線D1及び読み出しデータ線D4は、
半導体積層体での下層に、太い線で表された書き込みワ
ード線D2は上層に配置されている。ハッチングを施さ
れた領域は不純物拡散領域である。又、細い線で示され
たコンタクトホール1003は下層に配置されたD3と
D4、あるいはD3とD1とを接続する為の開口部であ
る。一方、太い線で表されたコンタクトホール1002
はD3と上層に配置された書き込みワード線D2とを接
続する為の開口部である。より具体的には以下の図49
から図58の断面図によって明らかにされる。Further, another method of forming a memory cell will be described with reference to FIGS. FIG. 48 shows a layout of a semiconductor memory device in which the memory cells shown in FIG. 31 are arranged in an array. Here, it is shown using 12 cells. D1, D2, D3, and D4 in FIG. 48 each correspond to those in FIG. That is, D1 is a read word line, D2 is a write word line, D3 is a write data line, and D4 is a read data line. The figure schematically shows each data line, each word line, a contact hole, and an impurity diffusion region in the base. The read word line D1 and read data line D4 represented by thin lines are
The write word line D2 represented by a bold line is disposed in the lower layer of the semiconductor laminated body and in the upper layer. The hatched region is an impurity diffusion region. A contact hole 1003 indicated by a thin line is an opening for connecting D3 and D4 or D3 and D1 disposed in a lower layer. On the other hand, a contact hole 1002 represented by a thick line
Is an opening for connecting D3 and the write word line D2 arranged in the upper layer. More specifically, FIG.
58 through FIG. 58.
【0107】また、図49から図58は図48のA−
A、B−B断面を、それぞれ左、右に分けて同時に示し
たものである。FIGS. 49 to 58 show A-
A and B-B cross sections are shown separately on the left and right sides, respectively.
【0108】図49より図58までは、SOI(Sil
icon On Insulator)基板を用いてメ
モリセルを形成する方法を示す。勿論、前記メモリセル
においても、読み出し素子をSOI基板に形成できるこ
とは明白である。FIGS. 49 to 58 show SOI (Sil)
2 shows a method for forming a memory cell using an icon on insulator (Ion) substrate. Obviously, also in the memory cell, the read element can be formed on the SOI substrate.
【0109】先ず、支持基板1200に搭載された埋め
込み酸化膜900上にシリコン層(SOI)100、お
よび、保護層910としての酸化膜を持ったウエハを準
備する。支持基板1200は通例シリコンである。支持
基板は構造、動作の基本に直接関係ないので、以下の図
面ではこの支持基板は図示を省略する。(図49) 前記のウエハに、通例の浅溝分離法により素子分離領域
960および保護膜910を再び形成する。また熱処理
を加えることで、必要な拡散層220を形成する。(図
50) 保護膜910にコンタクト形成部に対応した開口901
する。そして、この開口部901を通して高濃度ドープ
した多結晶シリコン360を堆積し、読み出しワード線
および引き出し層を形成する。そして、この上部に絶縁
膜9900および9901を形成し、これらを所望形状
にパターニングする。(図51) こうして準備した半導体基体の引き出し層上部にコンタ
クトを開口902する。そして、再び、この上部に高濃
度ドープした多結晶シリコン膜660、及び層間絶縁膜
9902を堆積する。そして、層間絶縁膜9902を通
例の方法で所望形状になし、この層間絶縁膜9902を
マスク領域として、前記多結晶シリコン膜660を読み
出しデータ線の所望形状に形成する。(図52) 次いで、層間絶縁膜922および層間絶縁膜層923を
堆積した後、表面をCMP法により平坦化する。ここ
で、絶縁膜922は例えばシリコン窒化膜、絶縁膜92
3は例えばシリコン酸化膜である。(図53) 次いで、書き込み素子形成部の層間膜を除去し開口90
3を形成する。この開口内にシリコン100の表面が露
出する。(図54) 更に、ゲート酸化膜905形成後、メタル電極350、
トンネル膜931、多結晶シリコン150を積層する。
(図55) この積層膜、350、931、150を食刻し、絶縁膜
923の表面まで柱状に加工する。この上部に層間絶縁
膜921を堆積し、エッチバックすることで、多結晶シ
リコン膜150を露出せしめる。(図56) 前記多結晶シリコン膜150上に、書き込みデータ線2
50を形成する。更に、この書き込みデータ線250を
覆って層間絶縁膜926を形成し、この層により、積層
体の表面を平坦化する。(図57) 層間絶縁膜926、921にゲートパターンに応ずる溝
904を形成する。少なくとも露出した半導体層150
の側壁にゲート絶縁膜980を形成する。そして、この
ゲート絶縁膜980を覆って書き込みワード線500を
形成する。この構造では、ゲート電極と前記書き込みワ
ード線が同一の層で形成されてれいる。(図58) 上述したこれらの方法により、すぐれた書き込み、記憶
保持性能を有する半導体記憶装置を形成することができ
る。First, a wafer having a silicon layer (SOI) 100 on a buried oxide film 900 mounted on a support substrate 1200 and an oxide film as a protective layer 910 is prepared. The support substrate 1200 is typically silicon. Since the supporting substrate is not directly related to the structure and the basic operation, the supporting substrate is not shown in the following drawings. (FIG. 49) The element isolation region 960 and the protective film 910 are formed again on the wafer by the usual shallow trench isolation method. The necessary diffusion layer 220 is formed by applying heat treatment. (FIG. 50) An opening 901 corresponding to the contact formation portion is formed in the protective film 910.
I do. Then, polycrystalline silicon 360 heavily doped is deposited through the opening 901 to form a read word line and a lead layer. Then, insulating films 9900 and 9901 are formed thereon, and these are patterned into a desired shape. (FIG. 51) An opening 902 is made in the upper part of the lead layer of the semiconductor substrate thus prepared. Then, a polycrystalline silicon film 660 heavily doped and an interlayer insulating film 9902 are again deposited on this upper portion. Then, the interlayer insulating film 9902 is formed into a desired shape by a usual method, and the polycrystalline silicon film 660 is formed in a desired shape of the read data line using the interlayer insulating film 9902 as a mask region. (FIG. 52) Next, after depositing an interlayer insulating film 922 and an interlayer insulating film layer 923, the surface is flattened by a CMP method. Here, the insulating film 922 is, for example, a silicon nitride film, an insulating film 92.
3 is a silicon oxide film, for example. (FIG. 53) Next, the interlayer film in the write element formation portion is removed, and an opening 90 is formed.
Form 3 The surface of the silicon 100 is exposed in this opening. (FIG. 54) Further, after forming the gate oxide film 905, the metal electrode 350,
A tunnel film 931 and polycrystalline silicon 150 are stacked.
(FIG. 55) The laminated films 350, 931 and 150 are etched and processed into a columnar shape up to the surface of the insulating film 923. An interlayer insulating film 921 is deposited on the upper portion and etched back to expose the polycrystalline silicon film 150. (FIG. 56) The write data line 2 is formed on the polycrystalline silicon film 150.
Form 50. Further, an interlayer insulating film 926 is formed to cover the write data line 250, and the surface of the stacked body is flattened by this layer. (FIG. 57) A groove 904 corresponding to the gate pattern is formed in the interlayer insulating films 926 and 921. At least the exposed semiconductor layer 150
A gate insulating film 980 is formed on the side wall of. Then, the write word line 500 is formed to cover the gate insulating film 980. In this structure, the gate electrode and the write word line are formed in the same layer. (FIG. 58) By these methods described above, a semiconductor memory device having excellent writing and storage holding performance can be formed.
【0110】電界効果型トランジスタにおいて、ショッ
トキー接合に絶縁膜を挟み、トンネル現象を制御するこ
とで、ソース、ドレインとなる電極のリーク電流を極め
て低く抑制することができた。また、この低リーク特性
を応用することで、優れた情報保持特性をもった半導体
記憶装置を形成することができる。In the field-effect transistor, the leakage current of the electrodes serving as the source and drain could be suppressed to a very low level by controlling the tunnel phenomenon by sandwiching an insulating film between the Schottky junctions. Further, by applying this low leak characteristic, a semiconductor memory device having excellent information retention characteristics can be formed.
【0111】以上、本願発明によれば、リーク電流の極
めて低い電界効果型トランジスタを提供することが出来
る。As described above, according to the present invention, a field effect transistor having extremely low leakage current can be provided.
【0112】本願発明の別な形態によれば、優れた情報
保持特性をもった半導体記憶装置を提供することが出来
る。According to another aspect of the present invention, it is possible to provide a semiconductor memory device having excellent information retention characteristics.
【0113】本願発明の製造方法によれば、新規な装置
をリーク電流の極めて低い電界効果型トランジスタ、あ
るいは半導体記憶装置を簡便に製造することが出来る。According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to easily manufacture a novel device such as a field effect transistor having a very low leak current or a semiconductor memory device.
【0114】[0114]
【発明の効果】本願発明によれば、リーク電流の極めて
低い電界効果型トランジスタを提供することが出来る。According to the present invention, a field effect transistor having extremely low leakage current can be provided.
【0115】本願発明の別な形態によれば、優れた情報
保持特性をもった半導体記憶装置を提供することが出来
る。According to another aspect of the present invention, it is possible to provide a semiconductor memory device having excellent information retention characteristics.
【0116】本願発明の製造方法によれば、新規な装置
をリーク電流の極めて低い電界効果型トランジスタ、あ
るいは半導体記憶装置を簡便に製造することが出来る。According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to easily manufacture a novel device such as a field effect transistor having extremely low leakage current or a semiconductor memory device.
【図1】図1は従来の素子構造を表わした代表的素子断
面図である。FIG. 1 is a typical element cross-sectional view showing a conventional element structure.
【図2】図2はその他の従来の素子構造を模式的に示し
た断面構造図である。FIG. 2 is a sectional structural view schematically showing another conventional element structure.
【図3】図3は従来のショットキー接合を説明するバン
ド図である。FIG. 3 is a band diagram illustrating a conventional Schottky junction.
【図4】図4は本発明で用いる接合を説明するバンド図
である。FIG. 4 is a band diagram for explaining bonding used in the present invention.
【図5】図5は素子製造工程を説明する断面構造図であ
る。FIG. 5 is a sectional structural view for explaining an element manufacturing process.
【図6】図6は素子製造工程を説明する断面構造図であ
る。FIG. 6 is a sectional structural view for explaining an element manufacturing process.
【図7】図7は素子製造工程を説明する断面構造図であ
る。FIG. 7 is a sectional structural view for explaining an element manufacturing process.
【図8】図8は素子製造工程を説明する断面構造図であ
る。FIG. 8 is a sectional structural view for explaining an element manufacturing process.
【図9】図9は素子製造工程を説明する断面構造図であ
る。FIG. 9 is a sectional structural view for explaining an element manufacturing process.
【図10】図10は素子製造工程を説明する断面構造図
である。FIG. 10 is a sectional structural view for explaining an element manufacturing process.
【図11】図11は素子製造工程を説明する断面構造図
である。FIG. 11 is a sectional structural view for explaining an element manufacturing process.
【図12】図12は素子平面配置を説明する平面レイア
ウト図である。FIG. 12 is a plan layout diagram for explaining an element plane arrangement.
【図13】図13はその他の形態の素子製造工程を説明
する断面構造図である。FIG. 13 is a cross-sectional structural view for explaining an element manufacturing process in another mode.
【図14】図14はその他の形態の素子製造工程を説明
する断面構造図である。FIG. 14 is a cross-sectional structural view for explaining an element manufacturing process in another mode.
【図15】図15はその他の形態の素子製造工程を説明
する断面構造図である。FIG. 15 is a cross-sectional structure diagram for explaining an element manufacturing process in another mode.
【図16】図16はその他の形態の素子製造工程を説明
する断面構造図である。FIG. 16 is a cross-sectional structure diagram for explaining an element manufacturing process in another mode.
【図17】図17はその他の形態の素子製造工程を説明
する断面構造図である。FIG. 17 is a cross-sectional structural view for explaining an element manufacturing process in another mode.
【図18】図18はORゲートを説明する等価回路図で
ある。FIG. 18 is an equivalent circuit diagram illustrating an OR gate.
【図19】図19はORゲートの平面配置を説明する平
面レイアウト図である。FIG. 19 is a plan layout diagram for explaining a plan layout of an OR gate;
【図20】図20はANDゲートを説明する等価回路図
である。FIG. 20 is an equivalent circuit diagram illustrating an AND gate.
【図21】図21はANDゲートの平面配置を説明する
平面レイアウト図である。FIG. 21 is a plan layout diagram for explaining a plan layout of an AND gate;
【図22】図22はインバータゲートの平面配置を説明
する平面レイアウト図である。FIG. 22 is a plan layout diagram illustrating a plan layout of inverter gates.
【図23】図23は多段インバータゲートの平面配置を
説明する平面レイアウト図である。FIG. 23 is a plan layout diagram for explaining a plan layout of a multi-stage inverter gate;
【図24】図24はその他の素子製造工程を説明する断
面構造図である。FIG. 24 is a sectional structural view for explaining another element manufacturing process.
【図25】図25はその他の素子製造工程を説明する断
面構造図である。FIG. 25 is a sectional structural view for explaining another element manufacturing process.
【図26】図26はその他の素子製造工程を説明する断
面構造図である。FIG. 26 is a sectional structural view for explaining another element manufacturing process.
【図27】図27はその他の素子製造工程を説明する断
面構造図である。FIG. 27 is a sectional structural view for explaining another element manufacturing process.
【図28】図28はその他の素子製造工程を説明する断
面構造図である。FIG. 28 is a sectional structural view for explaining another element manufacturing process.
【図29】図29はその他の素子製造工程を説明する断
面構造図である。FIG. 29 is a sectional structural view for explaining another element manufacturing process.
【図30】図30はメモリセル素子構造を模式的に示し
た断面構造図である。FIG. 30 is a sectional structural view schematically showing a memory cell element structure.
【図31】図31はメモリセルを説明する等価回路図で
ある。FIG. 31 is an equivalent circuit diagram illustrating a memory cell.
【図32】図32はその他のメモリセルを説明する等価
回路図である。FIG. 32 is an equivalent circuit diagram illustrating another memory cell.
【図33】図33はメモリセルアレイを説明する等価回
路図である。FIG. 33 is an equivalent circuit diagram illustrating a memory cell array.
【図34】図34はメモリセルアレイを説明する等価回
路図である。FIG. 34 is an equivalent circuit diagram illustrating a memory cell array.
【図35】図35はメモリセルの素子製造工程を説明す
る断面構造図である。FIG. 35 is a cross-sectional structure diagram illustrating a memory cell element manufacturing process.
【図36】図36はメモリセルの素子製造工程を説明す
る断面構造図である。FIG. 36 is a cross-sectional structure diagram for explaining a memory cell element manufacturing process.
【図37】図37はメモリセルの素子製造工程を説明す
る断面構造図である。FIG. 37 is a cross-sectional structure diagram for explaining an element manufacturing process of the memory cell;
【図38】図38はメモリセルの素子製造工程を説明す
る断面構造図である。FIG. 38 is a cross-sectional structure diagram illustrating a memory cell element manufacturing process.
【図39】図39はメモリセルの素子製造工程を説明す
る断面構造図である。FIG. 39 is a cross-sectional structure diagram illustrating a memory cell element manufacturing process.
【図40】図40はメモリセルの素子製造工程を説明す
る断面構造図である。FIG. 40 is a cross-sectional structure diagram illustrating a memory cell element manufacturing process.
【図41】図41はその他のメモリセルの素子製造工程
を説明する断面構造図である。FIG. 41 is a cross-sectional structure diagram for explaining an element manufacturing process of another memory cell.
【図42】図42はその他のメモリセルの素子製造工程
を説明する断面構造図である。FIG. 42 is a cross-sectional structure diagram for explaining an element manufacturing process of another memory cell.
【図43】図43はその他のメモリセルの素子製造工程
を説明する断面構造図である。FIG. 43 is a cross-sectional structural view for explaining an element manufacturing process of another memory cell;
【図44】図44はその他のメモリセルの素子製造工程
を説明する断面構造図である。FIG. 44 is a cross-sectional structure diagram for explaining an element manufacturing process of another memory cell;
【図45】図45はその他のメモリセルの素子製造工程
を説明する断面構造図である。FIG. 45 is a cross-sectional structural view for explaining an element manufacturing process of another memory cell.
【図46】図46はその他のメモリセルの素子製造工程
を説明する断面構造図である。FIG. 46 is a cross-sectional structure diagram for explaining an element manufacturing process of another memory cell;
【図47】図47はその他のメモリセルの素子製造工程
を説明する断面構造図である。FIG. 47 is a cross-sectional structure diagram for explaining an element manufacturing process of another memory cell;
【図48】図48はメモリセルアレイの平面配置を説明
する平面レイアウト図である。FIG. 48 is a plan layout diagram illustrating a plan layout of a memory cell array.
【図49】図49は多段インバータゲートの平面配置を
説明する平面レイアウト図である。FIG. 49 is a plan layout diagram illustrating a plan layout of a multi-stage inverter gate;
【図50】図50は多段インバータゲートの平面配置を
説明する平面レイアウト図である。FIG. 50 is a plan layout diagram for explaining a plan layout of a multi-stage inverter gate;
【図51】図51は多段インバータゲートの平面配置を
説明する平面レイアウト図である。FIG. 51 is a plan layout diagram for explaining a plan layout of a multi-stage inverter gate;
【図52】図52は多段インバータゲートの平面配置を
説明する平面レイアウト図である。FIG. 52 is a plan layout diagram for explaining a plan layout of a multi-stage inverter gate;
【図53】図53は多段インバータゲートの平面配置を
説明する平面レイアウト図である。FIG. 53 is a plan layout diagram for explaining a plan layout of a multi-stage inverter gate;
【図54】図54は多段インバータゲートの平面配置を
説明する平面レイアウト図である。FIG. 54 is a plan layout diagram illustrating a plan layout of a multi-stage inverter gate;
【図55】図55は多段インバータゲートの平面配置を
説明する平面レイアウト図である。FIG. 55 is a plan layout diagram for explaining a plan layout of a multi-stage inverter gate;
【図56】図56は多段インバータゲートの平面配置を
説明する平面レイアウト図である。FIG. 56 is a plan layout diagram for explaining a plan layout of a multi-stage inverter gate;
【図57】図57は多段インバータゲートの平面配置を
説明する平面レイアウト図である。FIG. 57 is a plan layout diagram for explaining a plan layout of a multi-stage inverter gate;
【図58】図58は多段インバータゲートの平面配置を
説明する平面レイアウト図である。FIG. 58 is a plan layout diagram for explaining a plan layout of a multi-stage inverter gate;
【図59】図59は半導体メモリの基本動作に対するタ
イムチャートを示す図である。FIG. 59 is a diagram showing a time chart for the basic operation of the semiconductor memory;
【図60】図60は多値情報を取り扱う半導体記憶装置
の基本動作に対するタイムチャートを示す図である。FIG. 60 is a diagram showing a time chart for a basic operation of a semiconductor memory device handling multi-valued information.
100、110:シリコン基板、150:多結晶シリコ
ン、320:不純物拡散層電極、500、510:ゲー
ト電極、250、350:電極、600、625、66
0:金属配線、710、720、730:コンタクト、
900、901、905、910、920、921、9
22、923、924、925、926、931、93
2、955、956、960、980:絶縁膜層。100, 110: silicon substrate, 150: polycrystalline silicon, 320: impurity diffusion layer electrode, 500, 510: gate electrode, 250, 350: electrode, 600, 625, 66
0: metal wiring, 710, 720, 730: contact,
900, 901, 905, 910, 920, 921, 9
22, 923, 924, 925, 926, 931, 93
2, 955, 956, 960, 980: insulating film layer.
Claims (10)
半導体領域、および第2の導電領域とを有する半導体領
域と、前記第1の半導体領域に設けた第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜の膜面に設けられた第3の導電領域
と、を有することを特徴とする半導体装置。A semiconductor region having a first conductive region, a first insulating film, a first semiconductor region, and a second conductive region; and a second insulating film provided in the first semiconductor region. When,
A third conductive region provided on a film surface of the second insulating film.
半導体領域、および第2の導電領域とが積層された半導
体積層領域と、少なくとも前記第1の半導体領域の前記
半導体積層領域の積層方向とは交差する側面に設けた第
2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜の膜面に設けられた第
3の導電領域と、を有する半導体装置。2. A semiconductor laminated region in which a first conductive region, a first insulating film, a first semiconductor region, and a second conductive region are laminated, and the semiconductor laminated region of at least the first semiconductor region. A semiconductor device comprising: a second insulating film provided on a side surface that intersects with a direction in which regions are stacked; and a third conductive region provided on a film surface of the second insulating film.
ャネル領域を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
であって、ソースまたはドレイン電極となる第1の導電
領域上に第1の絶縁物層を有し、前記第1の絶縁膜の上
部にチャネル領域となる半導体材料層を有し、前記半導
体材料層上にドレインまたはソース電極となる第2の導
電領域を有し、前記チャネル領域側面に第2の絶縁膜層
を有し、前記第2の絶縁膜層を介して電界効果を前記チ
ャネル領域におよぼすゲート電極を有することを特徴と
する半導体装置。3. An insulated gate field-effect transistor having a source, a drain, a gate electrode, and a channel region, wherein the transistor has a first insulator layer on a first conductive region serving as a source or drain electrode. A semiconductor material layer serving as a channel region over the first insulating film, a second conductive region serving as a drain or source electrode on the semiconductor material layer, and a second insulating film on a side surface of the channel region A semiconductor device, comprising: a gate electrode that has a layer and exerts an electric field effect on the channel region through the second insulating film layer.
を特徴とする請求項1より請求項3に記載の半導体装
置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first conductive region is made of a metal material.
ドーピングすることで金属化された半導体材料なること
を特徴とする請求項1より請求項3に記載の半導体装
置。5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first conductive region is made of a semiconductor material which is metallized by doping impurities at a high concentration.
高濃度に不純物をドーピングすることで金属化された半
導体材料により形成され、前記第2の導電領域が高濃度
に不純物をドーピングすることで金属化された半導体材
料により形成されていることを特徴とする請求項1より
請求項3に記載の半導体装置。6. The method according to claim 1, wherein the first conductive region is formed of a metal material or a semiconductor material metallized by doping impurities at a high concentration, and the second conductive region is formed by doping impurities at a high concentration. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed of a metallized semiconductor material.
半導体領域、および第2の導電領域とを積層した半導体
積層領域と、前記第2の半導体領域の前記半導体積層領
域の積層方向とは交差する側面に設けた第2の絶縁膜
と、前記第2の絶縁膜の膜面に設けられた第3の導電領
域と、を有し、且つ前記第1あるいは第2の導電領域の
内のいずれかが高濃度に不純物をドーピングした多結晶
シリコンにより形成され、前記第1あるいは第2の導電
領域の内の他方のいずれかが金属により形成され、前記
第1の導電領域から第2の導電領域に流れる電流経路に
シリコン及びトンネル絶縁膜が配置されていることを特
徴とする半導体装置。7. A semiconductor laminated region in which a first conductive region, a first insulating film, a first semiconductor region, and a second conductive region are laminated, and a semiconductor laminated region of the second semiconductor region. A second insulating film provided on a side surface intersecting with the laminating direction, and a third conductive region provided on a film surface of the second insulating film, wherein the first or second conductive film is provided. One of the regions is formed of polycrystalline silicon doped with impurities at a high concentration, and the other of the first or second conductive regions is formed of metal, and the first or second conductive region is formed of metal. A semiconductor device, wherein silicon and a tunnel insulating film are arranged in a current path flowing through a second conductive region.
体装置のいずれかを情報書き込み装置とし、前記第1の
導電領域を電荷保持部とし、この電荷保持部に電気的に
接続された情報読み出し素子を有する半導体記憶装置。8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is an information writing device, the first conductive region is a charge holding portion, and the semiconductor device is electrically connected to the charge holding portion. A semiconductor memory device having an information reading element.
て設けられた第1不純物領域及び第2の不純物領域と、
少なくとも前記第1不純物領域及び第2の不純物領域に
挟まれた第1の半導体領域を覆う第1の絶縁膜と、当該
第1の絶縁膜の上部に設けられた第1の導電領域、第2
の絶縁膜、第2の半導体領域、および第2の導電領域と
を有する半導体領域と、前記第2の半導体領域の前記半
導体領域の積層方向とは交差する側面に設けた第3の絶
縁膜と、前記第3の絶縁膜の膜面に設けられた第3の導
電領域と、を有することを特徴とする半導体記憶装置。9. A semiconductor substrate, a first impurity region and a second impurity region provided opposite to the semiconductor substrate,
A first insulating film covering at least the first semiconductor region interposed between the first impurity region and the second impurity region; a first conductive region provided on the first insulating film;
A semiconductor region having an insulating film, a second semiconductor region, and a second conductive region, and a third insulating film provided on a side surface of the second semiconductor region that intersects with a lamination direction of the semiconductor regions. And a third conductive region provided on a film surface of the third insulating film.
成する工程と、この第1の絶縁膜上に金属層もしくは高
濃度に不純物をドーピングすることで金属化された半導
体材料層を形成する工程と、前記金属材層もしくは金属
化された半導体材料層の上部に第2の絶縁膜を形成する
工程と、半導体材料層をアモルファス状態で形成する工
程と、このアモルファス状態の半導体材料層に所定の金
属層を形成する工程と、加熱によって当該金属によって
前記アモルファス状態の半導体材料層を結晶化する工程
を有する半導体装置の製造方法。10. A step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate, and forming a metal layer or a semiconductor material layer metallized by doping impurities at a high concentration on the first insulating film. Forming a second insulating film on the metal material layer or the metalized semiconductor material layer; forming the semiconductor material layer in an amorphous state; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a predetermined metal layer; and crystallizing the amorphous semiconductor material layer with the metal by heating.
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