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JP3273582B2 - 記憶装置 - Google Patents

記憶装置

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JP3273582B2
JP3273582B2 JP9970894A JP9970894A JP3273582B2 JP 3273582 B2 JP3273582 B2 JP 3273582B2 JP 9970894 A JP9970894 A JP 9970894A JP 9970894 A JP9970894 A JP 9970894A JP 3273582 B2 JP3273582 B2 JP 3273582B2
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region
semiconductor
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守 宮脇
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Canon Inc
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B20/00Read-only memory [ROM] devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D86/00Integrated devices formed in or on insulating or conducting substrates, e.g. formed in silicon-on-insulator [SOI] substrates or on stainless steel or glass substrates
    • H10D86/01Manufacture or treatment
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D86/00Integrated devices formed in or on insulating or conducting substrates, e.g. formed in silicon-on-insulator [SOI] substrates or on stainless steel or glass substrates
    • H10D86/201Integrated devices formed in or on insulating or conducting substrates, e.g. formed in silicon-on-insulator [SOI] substrates or on stainless steel or glass substrates the substrates comprising an insulating layer on a semiconductor body, e.g. SOI
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Read Only Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は記憶装置に係り、特に半
導体を用いた記憶装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、情報映像産業の発展とともに、そ
の情報を記憶する媒体、装置の開発が精力的に行われて
いる。なかでも半導体を利用した、DRAM、SRAM
等の記憶装置は、小型、軽量、低パワーで大きな記憶容
量をもち、かつ高精度な記憶読出しを高速でできる点
で、多方面の機器に使用されている。
【0003】また近年、フラッシュメモリの愛称で呼ば
れる、プログラム可能、かつ情報が保持可能な記憶装置
が注目されている。この記憶装置は、集積度の点におい
て、上記DRAMよりも、向上することが指摘されてい
る。
【0004】一方、フラッシュメモリとは異なり、一度
だけ書き込みが可能なOT−PROM(one tim
e PROM)も発明者レヴィガーズバーグ特開昭62
−188260号公報、発明者ブライアン イークッ
ク、ダグラス ピー・バーレット特開昭62−4965
1号公報に提案されている。これらの構成は、トランジ
スタの主電極(MOSFET時、ソースもしくはドレイ
ン、バイポーラトランジスタの時エミッタ)に直列にa
−Si層を介して、配線金属が接続されている。そし
て、a−Si層を高抵抗状態から低抵抗状態に変化させ
ることにより記憶動作を行う。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、DRA
M等の半導体を用いた記憶装置は、以下に示す問題点を
有している。
【0006】1.DRAM、SRAMに代表される半導
体記憶装置は、記憶容量の増加とともに、チップコスト
の上昇率が高く、フロッピーディスク、磁気テープ、C
D−ROMに比較して、ビットコストが高く、記憶媒体
として使用できるまでには至っていない。
【0007】2.現状、研究開発レベルでも記憶容量
は、256Mビットレベルで、画像をとり扱う情報量と
しては不十分である。
【0008】3.DRAM、SRAMにおいて、情報を
記憶しておく場合、電源投入が必要で、携帯用機器への
応用は、難しい。現状、このような用途へはバッテリー
内蔵型となっている。
【0009】また、上記DRAM等よりも集積度の点で
優れるフラッシュメモリについても、以下に示す問題点
を有している。
【0010】1.フローティングゲートに電荷の書き込
み、消去をFNトンネル電流もしくはホットエレクトロ
ン注入等で行うために、電荷の出入を行う絶縁層の信頼
性が使用回数とともに劣化する。
【0011】2.FNトンネル電流密度Jは、上記絶縁
層に印加する電界をEとすると J=αE2 exp(−β/E) …(1) ただし、α,βは定数 と表現される。(1)式より電界強度が大きい時は大電
流が流れるが、上記フローティングゲート電位が変化す
るとそれにともない、指数関数的に電流が減少する。し
たがって、1bit当りの書き込み、及び消去時間は、
約100μs〜10msと長く、記憶装置の使い勝手が
悪い。
【0012】3.上記FNトンネル電流は、上記絶縁層
の膜質、膜厚に強く依存し、サンプル間各ビット間で適
正な書き込み時間、消去時間がばらつく問題がある。こ
のため、現実には、チップ作製後、検査工程で複数のグ
ループに分類選別を行い、それぞれに適したタイミング
で動作させることを実行している。これにより、検査工
程の負荷は重く、コスト高をまねいている問題点を有し
ている。
【0013】4.大容量化にともない、上記フローティ
ングゲート面積も減少する。これにより、フローティン
グゲート容量は比例して小さくなり、わずかなリーク電
流でもフローティングゲート電位の変化が大きくなる。
したがって所望の容量を確保するためにフローティング
ゲートの面積を縮小する限界が存在し、大容量化への律
速要因となっている。
【0014】さらに、一度だけ書き込みが可能な上記の
OT−PROMについても、書き込み後の状態が永久的
に変化せず、安定化している点で優れているが、1ビッ
トに1つづつa−Si層及び上記a−Si層と配線との
コンタクト領域が必要となる。半導体プロセスにおい
て、コンタクトホール形成は、ライン状パターンより難
しく、仮に0.8μmルールプロセスを用いる場合でも
コンタクトサイズは約2割増しの1μm2 レベルとな
る。コンタクトホールに対して配線幅はさらに広くしな
ければならないため、1bit当りの面積が縮小できな
くなり、これらの提案されているメモリでは、大容量化
が困難になるという問題点がある。又、書き込み動作時
に、上記a−Si層に大電流が流れるため、消費電力が
高く、携帯用機器への適応が難しい等の問題点も有して
いた。
【0015】(発明の目的)本発明の目的は、上述した
技術課題を解決し、大容量、低コスト、書き込み可能、
書き込み、読出しスピードが早く、高信頼性、低消費電
力が実現できる記憶装置を提案することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】以上の目的は以下に示す
装置により実現できる。
【0017】本願第1の記憶装置は、基板上に、一導電
型の第1の半導体領域と、該第1の半導体領域と接する
該一導電型とは反対導電型の第2及び第3の半導体領域
と、該第2の半導体領域と該第3の半導体領域を隔てる
領域上に絶縁層を介して設けられた第1の電極と、該第
1の電極上に絶縁層を介して設けられた第2の電極と、
を有する記憶装置において、前記第1の電極と前記第2
の電極との間の抵抗を高抵抗から低抵抗に変化させるこ
により情報の書き込みがなされることを特徴とする。
【0018】本願第2の記憶装置は、上記第1の記憶装
置において、前記抵抗値の変化を第2の電極に印加する
電圧により行うことを特徴とする。
【0019】本願第3の記憶装置は、上記第1の記憶装
置において、前記記憶装置を複数個有し、該複数個の記
憶装置のi番目の第2又は第3の半導体領域と、i+1
番目の第3又は第2の半導体領域とが電気的に接続され
ていることを特徴とする。
【0020】本願第4の記憶装置は、上記第1の記憶装
置において、前記記憶装置を複数個有し、該複数個の記
憶装置の第2の半導体領域どうし及び第3の半導体領域
どうしを互いに接続したことを特徴とする。
【0021】本願第5の記憶装置は、上記第1の記憶装
置において、前記基板は絶縁層上にSi層を有する基板
であることを特徴とする。
【0022】本願第6の記憶装置は、上記第1の記憶装
置において、前記記憶装置をマトリックス状に配置し、
配列の一方向について各第2の電極を共通に接続した配
線を設け、該配線に直交する方向に設けられた前記記憶
装置の第1の半導体領域を共通に接続し、かつ各配列の
第1の半導体領域を電気的に分離した構造としたことを
特徴とする。
【0023】本願第7の記憶装置は、上記第1の記憶装
置において、前記第1の電極が第1、第2、第3の半導
体領域を有する半導体領域と対向する面積が、第2の電
極が第1の電極と対向する面積より大きいことを特徴と
する。
【0024】本願第8の記憶装置は、上記第1の記憶装
置において、前記第1の電極は、前記第1の半導体領域
をはさみ、2つの対向部分を少なくとも有することを特
徴とする。
【0025】本願第9の記憶装置は、上記第1の記憶装
置において、前記第1の電極が多結晶Siを含む材料か
らなることを特徴とする。
【0026】本願第10の記憶装置は、上記第1の記憶
装置において、前記第1、第2、第3の半導体領域を含
む半導体領域と前記第1の電極との間の絶縁層がSiと
NとOとからなる膜から構成されていることを特徴とす
る。
【0027】本願第11の記憶装置は、上記第1の記憶
装置において、前記記憶装置の一部に、それ以外の構造
の記憶装置を有することを特徴とする。
【0028】本願第12の記憶装置は、上記第1の記憶
装置において、前記記憶装置の周辺回路がCMOS回路
により構成されることを特徴とする。
【0029】本願第13の記憶装置は、上記第1の記憶
装置において、前記記憶装置はカードに実装されたもの
であることを特徴とする。
【0030】本願第14の記憶装置は、上記第1の記憶
装置において、前記第1の電極と前記第2の電極とをマ
トリックス状に配置し、該マトリックスの交差部の第1
の電極と第2の電極と間の抵抗値を高抵抗状態から低抵
抗状態に変化させる領域を設けたことを特徴とする。
【0031】本願第15の記憶装置は、上記第1の記憶
装置において、前記憶装置を複数個有し、情報を書き込
む記憶装置では前記第1の半導体領域を所望の電源と接
続し、情報を書き込まない記憶装置では前記第1の半導
体領域をフローティング状態としたことを特徴とする。
【0032】本願第16の記憶装置は、上記第2の記憶
装置において、前記記憶装置に情報を書き込む時の第2
の電極に印加する第1の電圧V1 を、前記記憶装置から
情報を読出す時の第2の電極に印加する第2の電圧V2
よりも大きくしたことを特徴とする。
【0033】本願第17の記憶装置は、上記第8の記憶
装置において、前記第1の半導体領域の不純物濃度より
高い半導体領域が前記第1の半導体領域と接して設けら
れていることを特徴とする。
【0034】本願第18の記憶装置は、上記第11の記
憶装置において、書き込みデータを前記記憶装置及び前
記それ以外の構造の記憶装置に書き込み、両者の記憶装
置から該書き込みデータを読出し、両者の読出し結果を
照合することを特徴とする。
【0035】本願第19の記憶装置は、上記第12の記
憶装置において、前記周辺回路の少なくとも一部に、フ
ローティングゲートを介して複数のゲート電極を有する
回路が設けられていることを特徴とする。
【0036】本願第20の記憶装置は、上記第13の記
憶装置において、前記カードに読出し専用記憶装置を設
けたことを特徴とする。
【0037】本願第21の記憶装置は、上記第13の記
憶装置において、前記カードに、発光素子及び受光素子
を設けたことを特徴とする。
【0038】本願第22の記憶装置は、上記第15の記
憶装置において、前記第1の電極と前記第2の電極との
抵抗値が高抵抗状態から低抵抗状態になるときの第1の
電極と第2の電極との間の電圧をVBDとし、前記第2及
び第3の半導体領域を主電極領域、前記第1の半導体領
域を制御電極領域、第1の電極を制御電極としたときに
形成される絶縁ゲート型トランジスタのしきい値をVth
とし、前記第1の電極と第1、第2、第3の半導体領域
との間に形成される容量をC FGとし、第1の電極と第2
の電極との間に形成される容量をCCGとした場合、
【0039】
【数2】 となることを特徴とする。
【0040】本願第23の記憶装置は、上記第18の記
憶装置において、前記照合結果を書き込む領域を前記記
憶装置に設けたことを特徴とする。
【0041】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。 (第1実施例)図1は、本発明の記憶装置の基本ブロッ
クの等価回路を示すものである。図1において、11,
12,13,14,21,22,23,24,31,3
2,33,34,41,42,43,44はメモリセル
で本実施例では説明上4×4セル構造の場合を示してい
る(なお、メモリセルの詳細な構造については後述す
る。)。
【0042】このメモリセルにおいて、1はコントロー
ルゲート(第2の電極となる)、2はフローティングゲ
ート(第1の電極となる)、3はMOSFETのウエル
層(第1の半導体領域となる)、4は各コントロールゲ
ートを接続したワード線、5,6はそれぞれMOSFE
Tのソース、ドレイン部(第2及び第3の半導体領域と
なる)で、各セルのソースとドレインは列ごとにお互い
直列に接続されている。7は読出し列を選択するための
列デコーダ、8は書き込みビット線選択を行うための列
デコーダ、9はワード線を駆動するための行ドライバ
ー、10はワード線を選択するための行デコーダ、15
はセンスアンプ、16はバッファアンプである。又1
7,18は列アドレスバッファで20のアドレス入力を
7,8の列デコーダへ伝える。SW1〜SW13はMO
SFETからなるスイッチで、スイッチSW9,SW1
0,SW11,SW12,SW13は、パルスφ1,φ
2,φ3,φ4,φ5によりコントロールされる。26
は行アドレスストローブ( ̄RAS)、27は列アドレ
スストローブ( ̄CAS)、28はライトイネーブル
( ̄WE)、29は入力データ(DIN)、30は出力デ
ータ(DOUT )信号である。なお、上記 ̄RAS、 ̄C
AS、 ̄WE、はそれぞれ、
【0043】
【数3】 を意味するものとし、以下同様に記する。
【0044】次に本記憶装置の動作について説明する。
本装置は、2種類のアドレス信号を同一の入力ピンから
時分割で入力する。列アドレス確定後27に示す ̄CA
Sを高レベルから低レベルへ入力してチップ内に列アド
レスを取り込む。次に行アドレスを確定した後、26に
示す ̄RASを高レベルから低レベルに入力してチップ
内に行アドレスを取り込む。これにより、アドレスのピ
ン数を半減できる。28に示す ̄WE信号が高レベルか
低レベルかによりチップが読出し状態か書き込み状態か
を決定する。
【0045】読出しの場合、 ̄RASからある時間後、
30に示すDOUT 端子より有効な出力データが得られ
る。書き込みの場合、29に示すDIN端子からデータを
書き込む。
【0046】次に、書き込み動作について、図2に示す
タイミングチャートを用い、詳細に説明する。本チップ
の電源電圧は3.3Vとし、低消費電力化を図った。
又、図2において、CG1,CG2,CG3,CG4
は、図1において1番目、2番目、3番目、4番目のワ
ード線電位を示す。BL1,BL2,BL3,BL4
は、nMOSFETであるSW5〜SW8にそれぞれ入
力されるパルスである。本実施例の記憶装置において、
セル21のところに書き込む場合のパルス例を示してい
る。書き込み前に、8に示す列デコーダ1よりBL1,
BL2,BL3,BL4は、それぞれ高レベル、低レベ
ル、低レベル、低レベル状態になっており、スイッチS
W5はオン、それ以外のスイッチSW6,SW7,SW
8はオフ状態となる。これにより、書き込みセルを有す
る第1列のウエルはGNDに固定され、それ以外の第2
〜第4列のウエル電位はフローティング状態になる。
【0047】一方、SW9,SW10,SW11,SW
12,SW13もn型MOSFETから構成されてお
り、パルスφ1,φ2,φ3,φ4,φ5を図2に示す
ようにそれぞれ低レベル、高レベル、高レベル、高レベ
ル、低レベル、又SW1〜SW4をp型MOSFETと
し7に示す列デコーダ2からのパルスをすべて低レベル
にすることにより、各セルのソース、ドレイン電極はG
ND電位に固定される。
【0048】次に、書き込むセル21に接続されている
ワード線のみ9に示す行ドライバーにより10V振幅の
パルスを印加した。この場合、電源電圧は3.3V系だ
が、電流が流れないため、昇圧回路により容易に高電圧
をチップ内に作れる。この書き込みパルスを印加すると
セル21のコントロールゲート1とフローティングゲー
ト2との間には約6.6Vのバイアスが印加され、コン
トロールゲート1とフローティングゲート2との間が高
抵抗から低抵抗状態に数10nsで変化し書き込みが完
了する。同一のワード線に接続されたセル22,23,
24のコントロールゲートとフローティングゲートとの
間には上記パルスが印加されても約0.1〜0.5Vし
かバイアスがかからないため、コントロールゲートとフ
ローティングゲート間は高抵抗状態のままで書き込まれ
ない。この理由は、上述したようにSW6〜SW8がオ
フ状態で、2列、3列、4列のウエル電位がフローティ
ング状態にあり、印加電圧はおもにウエルと基板にかか
り、コントロールゲートとフローティングゲートとの間
には印加されないためである。書き込み終了後は、図2
のCG2に示す如く、ワード線電位をOVにもどす。
【0049】以上説明したように、本発明の記憶装置
は、セルに設けられたトランジスタのゲート構造をフロ
ーティングゲートとコントロールゲートとの積層構造と
し、コントロールゲートに印加するパルスによりフロー
ティングゲートとコントロールゲートとの間の抵抗値を
変化させる(低抵抗化する)ことにより書き込みを行う
全く新規なものとなっている。
【0050】次に、本発明の読出し動作について図3に
示すタイミングチャートを用いて説明する。各セルを構
成しているトランジスタはp型MOSFETとし、その
しきい値は−1.8Vとなっている。本実施例ではセル
部をp型MOSFETとしたがn型でも良い事は言うま
でもない。
【0051】読出しを行う列は図1の第1列とし、その
列において、セル21のみ書き込みが行われており、そ
の他のセル11,31,41は、書き込まれていない状
態とする。
【0052】第1列の情報を読出すため、7に示す列デ
コーダ2よりSW1のトランジスタのみオン状態、その
他のSW2,SW3,SW4はオフ状態とするパルスが
それぞれのスイッチのゲートに印加される。又、読出し
動作時は少なくとも読出しを行う列のウエル電位はセル
トランジスタがPMOSの場合、最高電位に固定するよ
うにSW12はオフ状態、SW13はオン状態、SW5
はオン状態となっている。セルトランジスタがNMOS
の場合、固定されるウエル電位は最低電位であることは
言うまでもない。
【0053】まず最初にパルスφ1を高レベルにして、
セル11,21,31,41のソースドレインをVCC
ベルにプリチャージする。これは、すべてのワード線は
0Vで、各セルのPMOSFETはON状態にあること
により可能である。次にφ1パルスを低レベルにし、セ
ル11を読出すためにセル11に接続されているワード
線に振幅3.3VのパルスCG1を図3に示す如く印加
する。セル11は書き込まれていないセルであるため、
フローティングゲート電位は、コントロールゲートとフ
ローティングゲート容量の容量分割で決まる1.1Vと
なる。上述したように、本P型MOSFETのしきい値
は−1.8Vとなっており、上記パルスを印加してもセ
ル11のPMOSFETはオン状態のままである。した
がって、パルスφ3を印加すると、第1列のP型MOS
FETはすべてオン状態なので、センスアンプ15の出
力は、図3の35に示す如く低下し、セル11には書き
込まれていない事がわかる。次に、再びφ1パルスを印
加し、プリチャージを行った後、セル21を読出すため
にパルスCG2を高レベルにした。振幅は3.3Vで、
この21のセルは書き込まれているため、コントロール
ゲートとフローティングゲートは低抵抗状態で接続され
ており、3.3Vそのままが印加される。したがって、
21のセルのP型MOSFETはオフ状態となる。した
がってφ3パルスを印加しても、センスアンプ出力は、
図3の36に示す如く高レベルのままとなり、書き込ま
れていることがわかる。同様の操作をくり返すことによ
りセル31,41の出力は図2の37,38に示す如く
低レベルで書き込まれていない。
【0054】読出し最終後、φ2,φ3,φ4パルスを
高レベル、φ1,φ5パルスを低レベルにすることによ
りセルのコントロールゲートだけでなく、ソース、ドレ
イン、ウエルを0Vとした。これによりフローティング
ゲート電位は安定に初期状態の0Vとなって誤動作を生
むことが防止できた。すなわちスタンバイ時、ソースド
レイン、コントロールゲート、ウエルはすべて0Vとな
っており、フローティングゲートへのリークがわずかに
あっても常に0Vに自動的にリセットされ、動作の安定
化が図れる利点がある。
【0055】なお、フローティングゲート2とコントロ
ールゲート1との間の抵抗値が高抵抗状態から低抵抗状
態になるときのフローティングゲート2とコントロール
ゲート1との間の電圧をVBDとし、MOSFETのしき
い値をVthとし、フローティングゲート2とMOSFE
Tのソース,ドレイン領域,ウエル領域との間に形成さ
れる容量をCFGとし、フローティングゲート2とコント
ロールゲート1との間に形成される容量をCCGとし、書
き込み時,読出し時にコントロールゲートに印加する電
圧をそれぞれ、V1 ,V2 とした場合、
【0056】
【数4】 となるようにすれば、より安定した書き込みをすること
ができる。
【0057】次に図4に、本発明のメモリセル部の平面
図を示す。51,52,53はpoly−Si,W−p
olysideからなるワード線、54,55はP型M
OSFETのソースドレインを形成するP+ 層、56,
57はpolySiからなるフローティングゲート、5
8はP型MOSFETのチャネル部である。図4のX 1
1 ′断面、Y11 ′断面を図5(a),(b)に示
し、図4と同一箇所に関しては、同一番号を記し、説明
は省略する。
【0058】59は、P型MOFETのゲート絶縁層
で、Siの熱酸化膜もしくは大容量化を図るためLp−
CVDで形成した酸化膜と窒化膜とを組み合せたもの、
2 ,NH3 ,N2 O雰囲気下で形成される熱酸化窒化
膜、高誘電率のTa25 等が好適である。本実施例で
は酸化膜と窒化膜とを組み合せて実効誘電率5の膜を1
00Å形成して絶縁層を形成とした。
【0059】60はP型基板、63はN型ウエル下部に
設けられた高濃度n+ 層である。P型MOSFETの直
列に配置する数が少ない時、N型ウエルの抵抗が問題な
ければ、上記63に示すn+ 層は必ずしも必要ない。6
1はフローティングゲートとコントロールゲートとの間
に設けられた絶縁層で、本実施例ではフローティングゲ
ートのpolySiを約50Å熱酸化することにより形
成した。これにより単位面積当りの容量は、フローティ
ングゲートと下部Si層との間よりもコントロールゲー
トとフローティングゲート間の方が約1.5倍大きくな
っている。しかし、図4、図5からわかるように、フロ
ーティングゲートの面積が、コントロールゲートとフロ
ーティングゲートとが重なる面積よりも大きく形成され
ており、実質的な容量は、コントロールゲートとフロー
ティングゲートの間よりフローティングゲートと下部S
i層との間の方が大きく設定されている。これにより、
書き込みパルス印加により、コントロールゲートとフロ
ーティングゲートとの間に所望の電圧が印加されること
になる。
【0060】次に本発明の構造の作製方法について、図
6を用いて説明する。なお、図4、図5と同一箇所は、
同一番号を記す。
【0061】P型Si基板60としては、不純物濃度1
14〜1017cm-3レベルのものを用いることができる
が、分割すべきウエル間の幅、ウエルに形成される容量
の点からすると1016cm-3レベルのものが望ましい。
まず図6の(a)に示す如く、素子分離用のフィールド
酸化膜64を選択酸化、もしくは変形選択酸化(フィー
ルド酸化膜が形成されるところのSiをエッチングによ
り溝を形成した後、酸化すると、バーズピークが狭くな
り分離幅を狭く形成できる)法により形成する。その
後、nウエル58形成用パターニングをし、イオン注入
により基板濃度に対し2〜7倍程度の不純物濃度のウエ
ルを形成した。この場合、nウエル、nウエル間の耐圧
を確保するため、ウエルの深さは、フィールド酸化膜6
4の底のレベルと同等であり、通常のものに比べてかな
り浅く形成した。その後、図6の(b)に示すように、
750℃〜1100℃のWet酸化で85Åの熱酸化膜
を形成し、NH3 雰囲気で950℃〜1100℃で90
秒、O2 雰囲気もしくはN2O雰囲気で1150℃ 9
0秒の熱処理を行い、実効的に約100ÅのSiON膜
を形成した。その後、57,66に示す第1層目のpo
lySiをLp−CVDで4000Å形成し、上記po
lySiに不純物ドープするためのイオン注入及びアニ
ールを行った後、n型MOSFETのソースドレインと
なるn+ 層65、p型MOSFETのソースドレインと
なるp+ 層54をそれぞれ形成する。微細化を行った時
のソースドレイン端での電界を緩和するため、それぞれ
低温度を設けたLDD,GOLD構造にすることは好適
である。
【0062】その後、図6の(b)に示すように、希フ
ッ酸で、上記polySi表面に形成された酸化膜をハ
クリした。ハクリ後、オゾン(O3 )を添加した純水
中、もしくは過酸化水素水を添加した酸(H2 SO4
HCl)もしくはアルカリ(NH4 OH)中で約10Å
〜50Åの化学的酸化膜を形成し、500℃〜600℃
の高純度ArもしくはN2 雰囲気で30分熱処理を加え
た。酸化膜厚をすこし増す場合には、O2 雰囲気も混合
した。これにより、第1層目のpolySi表面の不純
物により形成される膜厚は異なるものの、超薄の酸化膜
が形成された。そのウエハを再びLp−CVDにより第
2層目のpolySiを成膜し、前回と同様に不純物を
ドープしてワード線51のパターニングを行った。ワー
ド線長が長い場合、低抵抗化を図るために、W−pol
yside等を用いることは良い。その後は図6の
(c)(d)に示すように、通常のLSIプロセスと同
様、BPSG、等の層間絶縁層70、コンタクト67、
金属酸線68、パシベーション膜を形成し、パット部6
9をパターニングして終了する。本構造を形成するため
に使用したマスク枚数は、通常のDRAM、SRAM、
フラッシュE2 PROM等のメモリ作製に必要とされる
ものの半分以下で、1ビットに占める面積が小さくなる
ばかりでなく、工程がきわめて簡単で歩留りが高く、低
コスト化が図れる利点をもっている。本構造の作製方法
の説明では、片側ウエル構造のものについてであるが、
これに限定されず、n型ウエル、p型ウエルの2重ウエ
ル構造のもの、又、分離部には、チャネルストップ層を
設けるもの、トレンチ分離も場合により有効であること
は言うまでもない。
【0063】又、第1層目のpolySiと第2層目の
polySiとの絶縁層を本構造の場合、化学的酸化膜
を低温(500〜600℃)アニールすることにより、
バルクSiを熱酸化膜より耐圧が約半分レベルでかつバ
ラツキが少ない好適な膜が形成された。この場合、第1
層目のpolySi表面に酸素のイオン注入層を形成す
ると、酸素を含んだ欠陥層を有する酸化膜となり、さら
に耐圧が制御性よく低下する。この場合は、化学的酸化
膜でなく、熱酸化し、約100Åレベルの膜厚として
も、所望の耐圧が確保でき、又、膜厚が厚くできる分容
量が下げられる利点を有する。
【0064】以上説明したように、本発明の第1実施例
に示すメモリは、 メモリ構造が簡単で、1セル部の面積は、ワード線
と、Si活性層のパターニング精度のみによって決定さ
れる。したがって、コンタクトなく1セル面積は従来の
メモリに比較して同様もしくはそれ以下にできるため、
ビットコストが低下できる。 本構造形成に要するマスク枚数は、DRAM、SRA
M、フラッシュ等と比較して約半分であり、さらにコス
トダウンが図れる。又工程が容易であるため、ゴミ、パ
ターン不良等の問題が発生しにくく、歩留りが高くな
る。 書き込み方式は、1層目と2層目のpolySi間の
絶縁層の破壊により行う。C−Si酸化膜よりpoly
Si酸化膜耐圧が低く、又、化学的酸化法、酸素ドープ
法等の新しいプロセス技術との組合せにより、きわめて
制御よく、安定に耐圧が所望の値になることにより、書
き込み時のエラーは少ない。 又、一部書き込まれた情報は、永久的である。これに
よりメモリに電源を接続したり、又リフレッシュ等の複
雑な動作をする必要もない。 書き込みに要する時間は、数10ns以下と極めて高
速で、システムとのマッチングはきわめて良い。 読出しや、書き込み状態が、環境条件によりそれ程依
存しないため(フラッシュメモリ、DRAM等はリーク
電流に強く依存する)使用バリエーションが広がる等の
利点を有する。 (第2実施例)次に本発明の第2実施例について、図
7,8を用いて説明する。第1実施例の基板としてはS
iウエハを使用したのに対し、第2実施例では、SOI
基板を使用した。図7(a)(b)は、メモリセル部の
断面構造(図5に対応する)、図8は製作方法を示す図
である。なお第1実施例を示す図4〜図6と同一箇所は
同一番号を記し説明は省略する。71はSOI基板で、
SIMOX、貼り合せSOIウエハ、Si表面に多孔質
層を形成し、多孔質表面にエピタキシャル膜を形成した
ウエハを絶縁層表面を有するウエハと貼り合せ、多孔質
層を除去することで作製されるSOIウエハ等、良質の
SOIウエハであれば使用可能である。基板の導電型は
n型でもp型でもよく、SOIの酸化膜72を介して形
成される寄生MOSトランジスタ(72の酸化膜をゲー
ト絶縁層と見立た時に生じるMOSトランジスタ)がO
Nしないように基板のバイアスをコントロールしておけ
ば良い。セル部のトランジスタは、76に示す如く、そ
れぞれ島状に分離されている。
【0065】これによりワード線にそった方向の分離幅
73は、従来の選択酸化、もしくは変形選択酸化を用い
たものよりも狭く形成でき、1bit当りの面積は、さ
らに縮小できる。これによりチップサイズが小さく、低
コスト、高歩留り化がさらに図れる。
【0066】又ウエル間は、完全に絶縁層により分離さ
れ、動作の安定化が図れた。
【0067】図7からわかるように、セル部のTFTの
チャネル部76及びフローティングゲート56部は、縦
に積層されているため、セル間との段差が大きくなって
しまう。そのために、セル間には平坦化用絶縁層74を
設け、ワード線75は平坦に配置できる工夫がなされて
いる。
【0068】又、本第2実施例の構造では、ウエルの下
部が絶縁層となっていることにより、ウエルの容量は、
bulk基板を使用する時に比べて、小さくなり、書き
込み時に非書き込みビットでのコントロールゲートとフ
ローティングゲートとの電圧が小さくなり、書き込み不
良を起しにくく、構造プロセスのマージンが広大する利
点を持っている。
【0069】次に、本発明の第2実施例の作製方法につ
いて図8を用いて説明する。SOI基板71に、n型ウ
エル77とp型ウエル78をそれぞれの領域に形成した
後、n型MOSTFT、p型MOSTFTを作製する領
域を79,80に示す如く、パターニングする。その
後、第1実施例と同様の工程により、第1層目のpol
ySi、n型,p型のソース、ドレインを形成する。形
成後、TEOS絶縁層を形成し、エッチバックにより、
最も高いフローティングゲート57の上部を露出させ
る。露出後、希フッ酸で、第1polySi表面の酸化
膜を一担除去した後、化学的酸化もしくは低温熱酸化に
より、上記表面に薄い絶縁層を形成し、ワード線51を
形成する。これにより平坦化構造となり、上部68の金
属配線のパターンサイズ縮小しても高歩留りのものが実
現できた。 (第3実施例)次に、本発明の第3実施例について、図
9を用いて説明する。
【0070】図9の(a)は、メモリセル図の平面図
で、この平面図のX22 ′断面を図9の(b)に、Y
22 ′断面を図9の(c)に示す。91,92,93
はワード線、94,95はNAND型に接続されたp型
MOSFETのソース、ドレインとなるp+ 拡散層、9
6,97は上記MOSFETのフローティングゲート、
98,99は上記MOSFETのn型ウエル層、81は
p型基板、82,83はn+ 埋め込み層、101はフロ
ーティングゲート表面に形成されたメタル層でたとえ
ば、Ta系金属層(Ta,TaN)、102は、上記メ
タルを含む絶縁層である。なお図9(b),(c)から
明らかなように、フローティングゲート96,97はウ
エル層98,99をはさみ、対向部分を有している。
【0071】本構造の第1、第2実施例に対する特徴
は、フローティングゲート96,97の平面サイズが小
さく形成され、事実上、1ビット当りのセル面積がさら
に縮小化が図れ、高集積に適している点である。この構
造が実現できた理由は、図9の(b)に示す如く、セル
部のトランジスタが立体的構造を有し、上記トランジス
タの上部103だけでなく、側壁部104も利用するこ
とにより、フローティングゲート容量を大きくできた事
により達成された。
【0072】本第3実施例の第2の特徴について以下説
明する。
【0073】本構造は、チャネル部98,99を平行に
配置されたフローティングゲート96,97により制御
するために、通常のbulk型FETと異なりSOI型
の動作となる。これにより、実効的移動度が高く、高
速、読出し等が達成されるばかりでなく、トランジスタ
の微細化が進められた時に生じる短チャネル効果も抑制
され、より小型化が容易に実現できる。それは、両側ゲ
ートで制御し、高電界が印加されにくく、ポテンシャル
の制御ができる事による。よって、単純に平面サイズを
小さくしたままフローティングゲート容量を大きくで
き、微細化されるばかりでなく微細化に最適なトランジ
スタ構造であると言える。
【0074】又、SOI型トランジスタでの問題とし
て、トランジスタがONからOFFにスイッチした直
後、チャネル部に残留する少数キャリアによりOFFが
おくれることが指摘されているが、本構造の場合、チャ
ネル直下にn+ 層が設けられ、その少数キャリアの残留
が防止できるため、さらに高速なメモリ動作が実現でき
る。
【0075】本発明の第3実施例の構造の第3の特徴
は、フローティングゲート96,97のオーバーサイズ
でワード線91〜93のパターニングがなされている事
である。これにより、ワード線パターニング時にフロー
ティングゲート表面がエッチングプラズマ等にさらされ
る事がなくなり、フローティングゲートとワード線との
間の絶縁耐圧の信頼性がさらに向上した。
【0076】次に、本発明の第3実施例の構造の第4の
特徴は、フローティングゲート96,97をTaSiX
からなるポリサイドとし、フローティングゲートの膜厚
を薄くしても低抵抗なものとなっているばかりでなく、
上記フローティングゲートの表面層に上記金属を含む良
質な絶縁層をセルフアラインで形成した事による。本発
明のメモリ構造は、所望の耐圧たとえば、5Vで、確実
にワード線とフローティングゲートとが、低抵抗化さ
れ、3Vでは確実に高抵抗状態が維持される必要があ
る。絶縁層を薄くして、所望の耐圧を得るように調整す
ると、リーク電流が流れ始めてしまうことが生じる。
【0077】したがって、少なくとも一部にバンドギャ
ップの広い絶縁特性の良好なち密な膜を設けることが重
要となる。この場合、フローティングゲートとなる第1
層目のpolySi表面に、Ta,TaN,Ni,Zr
等の金属層を設けもしくはpolyサイド化しておき、
2層目のpolySi形成前に上記金属層を含む絶縁層
を設けた。これにより所望の耐圧でしかも、リークの従
来に比較して50%以上少ない良好な絶縁層が形成でき
た。
【0078】これにより、メモリのエラーレートはさら
に少なくなり、高信頼、高安定なメモリが実現できた。
【0079】次に本発明の第3実施例のメモリ作製方法
について図10〜図16を用いて説明する。図9は、b
ulkSi基板上に形成した例を示したが、SOI基板
でも同等の構造が形成でき、かつ、第2実施例で説明し
た如く、素子分離が容易となるため、図10〜図16の
作製方法の説明は、SOI基板の場合とする。又説明の
簡約化を図るためにセルp型TFTのみとする。
【0080】図10に示すように、SOIウエハ表面1
05で、p型MOSFETを作製する領域に、n型埋め
込み層となるn+ 層を形成する。この形成にあたって
は、106に示すようにイオン注入による方法、又、貼
り合せSOIウエハを作る時点で、不純物をドープして
おく方法等を用いることができる。上記n+ 層を形成す
るSi層の膜厚は、数1000Åと極力薄く形成するこ
とが望ましい。
【0081】次に、図11に示す如く、n+ 層107上
に、1μmのエピタキシャル膜108を成長させた。成
長にあたっては、n+ 層からの不純物のわき上がり、ま
たはオートドープを防止するために、低温かつ高速の成
膜が望ましい。又、エピタキシャル工程は、コスト高を
生じるため、エピタキシャル膜108の濃度のいかんに
応じて必要ない場合もあることは言うまでもない。
【0082】次に図12に示す如く、活性層となる部分
109以外を異方性エッチングによりパターニングし
た。レジストパターニングとしては、i線ステッパで位
相シフトマスクもしくは変形照明等を用いることによ
り、0.35μmレベルのパターニングが可能になっ
た。又、ArFエキシマレーザーを用いたステッパ、E
B抽画等もさらに微細パターニングには有効である。
【0083】その後、図13に示す如く、109の表面
に酸窒化膜110を形成した。
【0084】Si表面をO2 雰囲気1100℃50秒で
酸化した後、NH3 雰囲気で900℃60秒、最後にN
2 O雰囲気で1100℃30秒の処理を行った。絶縁層
形成後、111に示す如く、フローティングゲートとな
るpolySiと金属層とを連続的に成膜した。pol
ySiはLpCVDで620℃で2000Å成膜し、そ
の上にスパッタで、Taを1500Å成膜し、上記Ta
金属表面にPhosイオンをイオン注入し表面層にTa
金属を含むTaポリサイドができた。
【0085】次に図14の112に示す如く、フローテ
ィングゲートのパターニングを行い、そのレジストマス
クを用いて、113に示すように、ボロンをイオン注入
し、ソース、ドレインを形成する。
【0086】その後図15に示す如く、114で示すT
EOSを成膜し、レジストを塗布後、エッチバックを用
い、上記112の表面115を露出させる。露出後、露
出部の洗浄を行い、一たん、Taを含む表面層の絶縁層
を取り除いた後、O2 雰囲気で200〜400℃の熱処
理を行い、Ta金属を含む酸化絶縁層を形成した。上記
酸化絶縁層形成においては、プラズマ照射を併用するも
のでも良い。ガスとしてはAr/O2 を300/8sc
cm、圧力30mtorr温度450℃で行った。
【0087】図16に示す如く、フローティングゲート
表面の酸化絶縁層をおおうようにワード線116の2層
目のpolySiをパターニングした。その後は、BP
SG等の層間絶縁層を設け、コンタクトホール、配線用
メタル、パシベーション用絶縁層、パットのエッチング
を行いチップを試作した。
【0088】本説明では、フローティングゲート表面に
金属層を積層する構造について行ったが、第1、第2実
施例と同様にpolySi単層でpolySi上の酸化
膜でも良い。
【0089】又、ウエル層上部のエッジ部にウエルより
も同導電型の高濃度層を設けることにより、エッジ部で
のしきい値変化やエッジ部での耐圧不良を防止でき有効
である。 (第4実施例)次に本発明の第4実施例について図1
7、図18〜図21を用いて説明する。本第4実施例
は、セル配列をNOR型とし、ランダムアクセス等の機
能面の特性を向上させたものである。図17は、本第4
実施例のセル部の等価回路を示すもので、120、12
1は埋め込みビット線、122,123は埋め込みソー
ス線で拡散層から構成され、各セルごとにはコンタクト
をなくしセル面積縮小を図っている。上記埋め込みビッ
ト線及びソース線は8bitもしくは32bit、もし
くは64bit等、用途に応じて所望の周期で選択トラ
ンジスタ124,125を介して共通ソース線126及
び主ビット線127,128に接続されている。12
9,130,131はワード線である。セル部のトラン
ジスタ132はn型MOSFETを用い、上述のソー
ス、ドレインの拡散層はn+ となる。133,134
は、各列に設けられたp型ウエル層で、各列間は分離さ
れている。
【0090】次に、駆動方法について、説明する。まず
書き込み動作について説明する。書き込みビットを図1
7の132に示すセル部のトランジスタとする場合、こ
のトランジスタの埋め込みソース線122、埋め込みビ
ット線120及びp型ウエル133を0Vに固定し、一
方、その他の列の少なくともウエル電位、図17では1
34をフローティング状態にセットする。次にワード線
129に10Vのパルスを印加すると、132に示すト
ランジスタのフローティングゲートとワード線129と
の間に約6Vレベルの電圧がかかり、上記フローティン
グゲートとワード線とが低抵抗状態となる。一方、13
5のトランジスタのフローティングゲートとワード線1
29との間には、ウエル134はフローティング状態に
なっているために1V以下のバイアスしか印加されず高
抵抗状態が維持される。各ワード線は、同時に駆動し、
並列書き込みできることも言うまでもない。
【0091】次に、読出し動作について説明する。n型
MOSFETのしきい値は約1.5Vとなっている。読
出し時は、すべてのセルのウエル電位は、最低電位の値
に固定し、読出しワード線の電圧は、2.0V、非読出
しワード線は0Vとする。読出し前に各ビット線をVDD
=2Vでプリチャージしておき、ビット線用スイッチ1
25をOFFし、選択ワード線を2Vにする。書き込ま
れたセルは、実質ゲート バイアスは2Vとなり、チャ
ネルはONし、ビット線はソース電位たとえば0Vにな
る。一方、非書き込みセルはフローティングゲートとの
間で容量分割をうけ、実質ゲートバイアスは1.2Vと
なり、しきい値以下により、上記セルのトランジスタは
OFF状態でビット線はVDDのままとなる。これらのビ
ット線の電位変化を第1実施例と同様センスアンプで読
出す。
【0092】次に本第4実施例の平面構造及び断面構造
を図18〜図21を用いて説明する。図18はメモリセ
ル部の平面図、図19はそのX33 ′断面図、図20
はX 44 ′断面図、図21はY33 ′断面図であ
る。
【0093】図17と同一領域は同一番号を記し、説明
は省略する。本実施例では、bulkSi上の構造を示
したが、前述した実施例と同様、SOI基板上に作製す
ることもできる。各列間のウエルは145に示す厚い選
択酸化膜で分離されており、一方、各行のフローティン
グゲート間の分離は薄い選択酸化膜144により分離さ
れている。各埋め込みビット線は、8bit〜64bi
tおきにグローベルビット線用金属配線146,147
と接続されている。140〜143はフローティングゲ
ートである。
【0094】本第4実施例のNOR型にすることによ
り、各種読出し方式、書き込み方式が可能となり、いろ
いろなシステムに対応可能となるという利点をもつ。 (第5実施例)次に、本発明の第5実施例について図2
2を用いて説明する。前述の実施例と同一箇所は同一番
号で記し、説明は省略する。150は第1実施例で示し
たメモリ部、151はSRAM部、152はSRAMの
データを逐次読出すための走査回路、153はSRAM
のデータと、本発明のメモリの読出し結果の正誤を確認
するためのEXOR回路、154は上記EXOR回路の
出力をうけ、150のメモリ部の駆動を制御するための
制御回路である。155はCMOS型SRAMメモリセ
ル部でp型MOS負荷形が低消費電力で好適である。T
R1,TR2,TR3,TR4はSRAMメモリセル駆
動を制御するためのMOSスイッチ、156は共通デー
タ線、157はセンスアンプ、158は出力バッファ、
159は出力バッファの出力を選択するスイッチ、16
0,161,166,167,168は、フローティン
グゲート162を介してCMOSインバータに入力され
るゲート、163はp型MOSトランジスタ、164は
n型MOSトランジスタである。165は1段目のCM
OSインバータの出力で、これは、2段目のCMOSイ
ンバータの166に示すゲートに入力されている。16
9は2段目のCMOSインバータの出力で前記制御回路
154に入力されている。170,171,172はワ
ード線で、本発明のメモリセル部及びSRAMメモリ部
に共通に配置されている。
【0095】次に、本発明の第5実施例の動作方法につ
いて説明する。150の所望の1列及びこの1列と同一
データを151のSRAMセルに書き込む。次に、15
0のメモリを読出しモードに変更し上記1列のデータを
センスアンプ15で、逐次読出す。それと同期して、1
51のSRAMセルより、走査回路152によって、対
応するビットをセンスアンプ157から読出し、それぞ
れの読出し出力を153のEXOR回路のゲート160
に入力する。153に示す回路の出力は、160と16
1のゲートに入力される値が異なる時高レベル、同一の
時低レベルを出力するので、この出力からメモリ部15
0に正しく書き込まれ正しく読出されているかをチェッ
クすることができる。
【0096】153に示すEXOR回路は、フローティ
ングゲートを介して多入力ゲートを有するCMOS回路
であり、150のメモリ領域と同等の構造から作製で
き、かつ、少ないトランジスタ数で高機能の処理が可能
となる。本実施例では、EXOR論理演算を実行した
が、フローティングゲートを介して、入力8ビット分の
入力ゲートを設け、上述と同様CMOSインバータを構
成すると、入力データの多数決論理が2コのトランジス
タ(n型MOS及びp型MOS)で可能になる。この多
数決論理を用して、入力データ8ビットのパリティーと
読出し8bitのパリティーチェックを行うことも可能
である。
【0097】図22の動作説明をひきつづき説明する。
169の出力結果で誤動作が確認できた場合、150の
メモリの次の列に上記SRAMデータを再度書き込む。
これにより書き込みエラー、読出しエラーを補正する動
作が可能になった。
【0098】又、データ列の少なくとも1bitを各列
データの正誤判定ビットとして割りあてておき、読出し
時に確認できるようにすることも行った。
【0099】又、図13の構成では、SRAMのメモリ
は、150のメモリの1列分のものになっているがこの
サイズに限定される事なく、バッファメモリとするレベ
ルまでメモリサイズを増やし、高速なランダムアクセ
ス、書き込みもできる工夫も図れる。又、バッファメモ
リをSRAMを例に説明したが、DRAMやフラッシュ
メモリ等を同一チップ上に配置し上記動作を行っても良
い事は言うまでもない。
【0100】以上説明した第4実施例の構成は、 エラーレートが極めて少ない。 正しい書き込みがなされているかチップ上で確認でき
る。 上記確認する論理回路が本メモリの構造と同一構成に
より作製でき、新たなプロセスを追加せずにできる。 上記論理回路は、通常の論理回路よりも少ないトラン
ジスタで構成でき、周辺回路が小さい面積で実現できる
ため、低コスト、高機能化が図れる。 本発明のメモリ構造と異なるメモリ(SRAM、DR
AM、フラッシュ等)を内蔵しており、高速なランダム
アクセス・書き込みが実現する。 (第6実施例)本発明の第6実施例は、本発明の記憶装
置をパソコン等の外部記憶用カード(PCカード)に応
用したものである。
【0101】次に、本発明の応用例について説明する。
図23は本発明をPCカードに応用したときのカードと
システムとの関係を示す図である。
【0102】現状のPCカード対応のノートパソコンや
携帯型情報通信機器では、使用するPCカードのデバイ
スドライバーを主記憶に常駐させている。パソコンや携
帯型情報通信機器が複数種類のPCカードを使う場合、
あらかじめ主記憶部にそのデバイスドライバーを入れて
おく量が増加し、アプリケーションソフトによっては、
これらの容量が多く動かせないものがでることがあっ
た。
【0103】本メモリチップを用いて構成されるカード
には、このチップ上にROM部も構成しておき、このカ
ードのデバイスドライバーやCIS情報(card−i
nformation−structure)つまりカ
ードの種類や容量、カードの識別やコンフィギュレーシ
ョン情報なども格納し、カードが、主体に挿入された
時、図12に示す如くカード挿入の通知又、デバイスド
ライバーダウンロードの支持にしたがい、ダウンロード
を実行する機能をそなえた。
【0104】又、カードと本体とのインターフェースは
PCMCIA(米国の標準化団体)とJEIDA(日本
の電子工業振興協会)のフォーマットに従い、68ピン
コネクターで、データバス幅32ビット、クロック周波
数16MHz、データ転送速度最大値60Mバイト/s
等に準拠する対応も行った。 (第7実施例)本発明の第7実施例について、図24を
用いて説明する。本第7実施例は、光による情報入出力
を行うICカードに関するものである。180は本発明
の記憶装置、181はバッテリー、182,185は、
半導体レーザーと光検出器、186はボード179に実
装された記憶装置や、レーザー光検出器をコントロール
する制御回路、183は透明樹脂パッケージ、184は
レンズである。本発明のICカードは、書き込みデー
タ、読出しデータ、制御クロック等ICカードにおいて
外部とやりとりする必要のある情報はすべて光で行い、
それ以外はすべて197ボート上に設けられた制御回路
186により実行する。
【0105】又、179のボート上には、図15には明
記していないものの、光学系の位置合せ用アライメント
マークが設けられ、本ICカードを本カードの書き込
み、読出し装置にセットすると、所望の位置まで高速で
セットできる。本ICカードは、 従来のICカードと異なり、接続ピンの接触不良の問
題、ピンの信頼性の問題がなく、信頼性が高い。 ICカード実装が、単純な一体整形による透明樹脂パ
ッケージであるため、きわめて低コストで実現できる。 半導体レーザーの変調周波数は高く、高ビットレート
の情報入出力ができかつ低パワー化が図れる。 等の利点を有している。 (第8実施例)本発明の第8実施例は、本発明の記憶装
置のフローティングゲートを構成する第1層目のpol
ySiと、ワード線を構成する第2層目のpolySi
をマトリックス状に配置しておき、AND回路とOR回
路とを多数並べておき、マトリックスの交点の上記配線
間を高抵抗状態から低抵抗状態にかえ、実質的に接続す
ることにより、各ユーザーの使用目的により自由に論理
を設定できるプログラマブル論理アレーを内蔵した記憶
装置である。配線間の低抵抗化の箇所は、マトリックス
状に配置された配線に印加するバイアスにより実現でき
る。
【0106】本プログラマブル論理アレーを記憶に内蔵
することにより、ユーザーの仕様にあった動作がマスク
変更なしに実現でき、低コスト、ユーザーへの給期短縮
が図れる。
【0107】
【発明の効果】本発明の記録装置は、従来の半導体記憶
装置より大容量、1bitセル面積が小さく、低コス
ト、書き込み情報で永久的で安定している、低消費電
圧、低電圧駆動可能、バッテリーなしでも記憶保持可
能、高信頼、駆動方法が容易で使い勝手が優れている、
高速書き込み、読出し可能、低エラーレート、使用環境
が広い、作製工程が短く、高歩留り、周辺回路として他
方式の記憶装置、論理回路等を同一チップ上に集積でき
チップの高機能化が図れる、等の効果があり、一般的に
コンピュータ用記憶装置のみならず、オーディオ用映像
情報記憶媒体としても使用でき、現状市販されているオ
ーディオテープ、ビデオテープ、CD−ROM等を以上
の高性能特性をいかし置き換え使用することもできる。
又、携帯用機器の外部記憶装置、電子出版、制御用装
置、電子映像・画像メモリ例えば、スチルビデオ、FA
X、コピー機からの出力を本発明の記憶装置から構成さ
れるカードに書き込み、簡単に映像データが持ち運びで
きるシステムにも好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の等価回路図である。
【図2】本発明の第1実施例の書き込み動作のタイミン
グチャートである。
【図3】本発明の第1実施例の読出し動作のタイミング
チャートである。
【図4】本発明の第1実施例のセル部の平面図である。
【図5】(a),(b)は本発明の第1実施例のセル部
の断面図である。
【図6】(a)〜(d)は本発明の第1実施例の作製方
法を示す工程図である。
【図7】(a),(b)は本発明の第2実施例のセル部
の断面図である。
【図8】(a)〜(c)は本発明の第2実施例の作製方
法を示す工程図である。
【図9】(a)〜(c)は本発明の第3実施例のセル部
の平面図と断面図である。
【図10】本発明の第3実施例の作製方法を示す工程図
である。
【図11】本発明の第3実施例の作製方法を示す工程図
である。
【図12】本発明の第3実施例の作製方法を示す工程図
である。
【図13】本発明の第3実施例の作製方法を示す工程図
である。
【図14】本発明の第3実施例の作製方法を示す工程図
である。
【図15】本発明の第3実施例の作製方法を示す工程図
である。
【図16】本発明の第3実施例の作製方法を示す工程図
である。
【図17】本発明の第4実施例のセル部等価回路であ
る。
【図18】本発明の第4実施例のセル部の平面図であ
る。
【図19】本発明の第4実施例のセル部の断面図であ
る。
【図20】本発明の第4実施例のセル部の断面図であ
る。
【図21】本発明の第4実施例のセル部の断面図であ
る。
【図22】本発明の第5実施例の等価回路である。
【図23】本発明の第6実施例のPCカード応用時のシ
ステムブロック図である。
【図24】本発明の第7実施例の記憶装置を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 コントロールゲート 2 フローティングゲート 3 MOSFETのウエル層 4 ワード線 5,6 MOSFETのソース、ドレイン部 7 列デコーダ 8 列デコーダ 9 行ドライバー 10 行デコーダ 11〜44 メモリセル 15 センスアンプ 16 バッファアンプ 17,18 列アドレスバッファ 19 行アドレスバッファ 20 アドレス入力 26 行アドレスストローブ信号 27 列アドレスストローブ信号 28 ライトイネーブル信号 29 入力データ信号 30 出力データ信号 51,52,53 ワード線 54,55 P+ 層 56,57 フローティングゲート 58 P型MOSFETのチャネル部 59 ゲート絶縁層 60 P型基板 61 絶縁層 63 高濃度n+ 層 64 フィールド酸化膜 65 n+ 層 66 polySi 67 コンタクト 68 金属酸線 69 パット部 70 層間絶縁層 71 SOI基板 72 酸化膜 73 分離幅 74 平坦化用絶縁層 75 ワード線 76 チャネル部 77 n型ウエル 78 p型ウエル 79,80 n型MOSTFT、p型MOSTFT作製
領域 81 p型基板 82,83 n+ 埋め込み層 91,92,93 ワード線 94,95 p+ 拡散層 96,97 フローティングゲート 98,99 n型ウエル層 101 メタル層 102 メタルを含む絶縁層 103 トランジスタの上部 104 トランジスタの側壁部 107 n+ 層 108 エピタキシャル膜 109 活性層となる部分 110 酸窒化膜 111 polySiと金属層 112 フローティングゲート 113 ソース、ドレイン 114 TEOS 115 フローティングゲートの表面 116 ワード線 120、121 埋め込みビット線 122,123 埋め込みソース線 124,125 選択トランジスタ 126 共通ソース線 127,128 主ビット線 129,130,131 ワード線 132,135 セル部のトランジスタ 133,134 p型ウエル層 140〜143 フローティングゲート 144 薄い選択酸化膜 145 厚い選択酸化膜 146,147 金属配線 150 メモリ部 151 SRAM部 152 走査回路 153 EXOR回路 154 制御回路 155 CMOS型SRAMメモリセル部 156 共通データ線 157 センスアンプ 158 出力バッファ 159 選択スイッチ 160,161,166,167,168 ゲート 162 フローティングゲート 163 p型MOSトランジスタ 164 n型MOSトランジスタ 165,166 CMOSインバータ 169 CMOSインバータの出力 170,171,172 ワード線 179 ボード 180 記憶装置 181 バッテリー 182,185 半導体レーザーと光検出器 183 透明樹脂パッケージ 184 レンズ 186 記憶装置,制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/788 H01L 27/10 421 H01L 27/10 431 H01L 27/112 - 27/115

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に、一導電型の第1の半導体領域
    と、該第1の半導体領域と接する該一導電型とは反対導
    電型の第2及び第3の半導体領域と、該第2の半導体領
    域と該第3の半導体領域を隔てる領域上に絶縁層を介し
    て設けられた第1の電極と、該第1の電極上に絶縁層を
    介して設けられた第2の電極と、を有する記憶装置にお
    いて、 前記第1の電極と前記第2の電極との間の抵抗を高抵抗
    から低抵抗に変化させることにより情報の書き込みがな
    されることを特徴とする記憶装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の記憶装置において、前記
    抵抗値の変化を第2の電極に印加する電圧により行うこ
    とを特徴とする記憶装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の記憶装置において、前記
    記憶装置を複数個有し、該複数個の記憶装置のi番目の
    第2又は第3の半導体領域と、i+1番目の第3又は第
    2の半導体領域とが電気的に接続されていることを特徴
    とする記憶装置。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の記憶装置において、前記
    記憶装置を複数個有し、該複数個の記憶装置の第2の半
    導体領域どうし及び第3の半導体領域どうしを互いに接
    続したことを特徴とする記憶装置。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の記憶装置において、前記
    基板は絶縁層上にSi層を有する基板であることを特徴
    とする記憶装置。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の記憶装置において、前記
    記憶装置をマトリックス状に配置し、配列の一方向につ
    いて各第2の電極を共通に接続した配線を設け、該配線
    に直交する方向に設けられた前記記憶装置の第1の半導
    体領域を共通に接続し、かつ各配列の第1の半導体領域
    を電気的に分離した構造としたことを特徴とする記憶装
    置。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の記憶装置において、前記
    第1の電極が第1、第2、第3の半導体領域を有する半
    導体領域と対向する面積が、第2の電極が第1の電極と
    対向する面積より大きいことを特徴とする記憶装置。
  8. 【請求項8】 請求項1記載の記憶装置において、前記
    第1の電極は、前記第1の半導体領域をはさみ、2つの
    対向部分を少なくとも有することを特徴とする記憶装
    置。
  9. 【請求項9】 請求項1記載の記憶装置において、前記
    第1の電極が多結晶Siを含む材料からなることを特徴
    とする記憶装置。
  10. 【請求項10】 請求項1記載の記憶装置において、前
    記第1、第2、第3の半導体領域を含む半導体領域と前
    記第1の電極との間の絶縁層がSiとNとOとからなる
    膜から構成されていることを特徴とする記憶装置。
  11. 【請求項11】 請求項1記載の記憶装置において、前
    記記憶装置の一部に、それ以外の構造の記憶装置を有す
    ることを特徴とする記憶装置。
  12. 【請求項12】 請求項1記載の記憶装置において、前
    記記憶装置の周辺回路がCMOS回路により構成される
    ことを特徴とする記憶装置。
  13. 【請求項13】 請求項1記載の記憶装置において、前
    記記憶装置はカードに実装されたものであることを特徴
    とする記憶装置。
  14. 【請求項14】 請求項1記載の記憶装置において、前
    記第1の電極と前記第2の電極とをマトリックス状に配
    置し、該マトリックスの交差部の第1の電極と第2の電
    極と間の抵抗値を高抵抗状態から低抵抗状態に変化させ
    る領域を設けたことを特徴とする記憶装置。
  15. 【請求項15】 請求項1記載の記憶装置において、前
    記記憶装置を複数個有し、情報を書き込む記憶装置では
    前記第1の半導体領域を所望の電源と接続し、情報を書
    き込まない記憶装置では前記第1の半導体領域をフロー
    ティング状態としたことを特徴とする記憶装置。
  16. 【請求項16】 請求項2記載の記憶装置において、前
    記記憶装置に情報を書き込む時の第2の電極に印加する
    第1の電圧V1 を、前記記憶装置から情報を読出す時の
    第2の電極に印加する第2の電圧V2 よりも大きくした
    ことを特徴とする記憶装置。
  17. 【請求項17】 請求項8記載の記憶装置において、前
    記第1の半導体領域の不純物濃度より高い半導体領域が
    前記第1の半導体領域と接して設けられていることを特
    徴とする記憶装置。
  18. 【請求項18】 請求項11記載の記憶装置において、
    書き込みデータを前記記憶装置及び前記それ以外の構造
    の記憶装置に書き込み、両者の記憶装置から該書き込み
    データを読出し、両者の読出し結果を照合することを特
    徴とする記憶装置。
  19. 【請求項19】 請求項12記載の記憶装置において、
    前記周辺回路の少なくとも一部に、フローティングゲー
    トを介して複数のゲート電極を有する回路が設けられて
    いることを特徴とする記憶装置。
  20. 【請求項20】 請求項13記載の記憶装置において、
    前記カードに読出し専用記憶装置を設けたことを特徴と
    する記憶装置。
  21. 【請求項21】 請求項13記載の記憶装置において、
    前記カードに、発光素子及び受光素子を設けたことを特
    徴とする記憶装置。
  22. 【請求項22】 請求項15記載の記憶装置において、
    前記第1の電極と前記第2の電極との抵抗値が高抵抗状
    態から低抵抗状態になるときの第1の電極と第2の電極
    との間の電圧をVBDとし、前記第2及び第3の半導体領
    域を主電極領域、前記第1の半導体領域を制御電極領
    域、第1の電極を制御電極としたときに形成される絶縁
    ゲート型トランジスタのしきい値をVthとし、 前記第1の電極と第1、第2、第3の半導体領域との間
    に形成される容量をC FGとし、第1の電極と第2の電極
    との間に形成される容量をCCGとした場合、 【数1】 となることを特徴とする記憶装置。
  23. 【請求項23】 請求項18記載の記憶装置において、
    前記照合結果を書き込む領域を前記記憶装置に設けたこ
    とを特徴とする記憶装置。
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