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JP3136045B2 - Memory cell transistor - Google Patents
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JP3136045B2 - Memory cell transistor - Google Patents

Memory cell transistor

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JP3136045B2
JP3136045B2 JP06091384A JP9138494A JP3136045B2 JP 3136045 B2 JP3136045 B2 JP 3136045B2 JP 06091384 A JP06091384 A JP 06091384A JP 9138494 A JP9138494 A JP 9138494A JP 3136045 B2 JP3136045 B2 JP 3136045B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、不揮発性メモリセル
を構成するのに用いて好適なトランジスタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transistor suitable for forming a nonvolatile memory cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、種々の構造の不揮発性メモリ
セルトランジスタが提案されている(例えば文献1:IE
EE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS,FERROELECTRICS,AND
FREQUENCY CONTROL VOL.38, NO.6, p663〜671 NOVEMBER
1991 、文献2:特開昭52−42381号公報参
照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, nonvolatile memory cell transistors having various structures have been proposed.
EE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS, AND
FREQUENCY CONTROL VOL.38, NO.6, p663-671 NOVEMBER
1991, Reference 2: JP-A-52-42381).

【0003】図6は文献1に開示されているメモリセル
トランジスタの構造を概略的に示す断面図である。同図
に示すメモリセルトランジスタはMOSFETであっ
て、基板10に設けたチャネル、ソース及びドレイン領
域12、14及び16と、チャネル領域12上に順次に
設けたゲート絶縁膜18及びゲート電極20とを有す
る。ゲート絶縁膜18は強誘電体から成る。
FIG. 6 is a sectional view schematically showing the structure of a memory cell transistor disclosed in Document 1. The memory cell transistor shown in FIG. 1 is a MOSFET, and includes a channel, source and drain regions 12, 14 and 16 provided on a substrate 10, and a gate insulating film 18 and a gate electrode 20 provided sequentially on the channel region 12. Have. The gate insulating film 18 is made of a ferroelectric.

【0004】このメモリセルトランジスタにおいては、
ゲート絶縁膜18の分極Pr が正か負かによって、その
閾値電圧Vthが±Pr /COXだけ変化し、従ってこれを
利用することにより情報を記憶する。ここで、ゲート絶
縁膜18の膜厚及び誘電率をそれぞれd及びεOXと表せ
ば、COX=εOX/dと書ける。
In this memory cell transistor,
Polarization P r of the gate insulating film 18 by positive or negative, the threshold voltage V th is changed by ± P r / C OX, thus storing information by utilizing this. Here, if the thickness and the dielectric constant of the gate insulating film 18 are expressed as d and ε OX , respectively, it can be written as C OX = ε OX / d.

【0005】ゲート絶縁膜18としてBaMgF4 を用
いると、εOX≒10ε0 (ε0 は真空の誘電率)、ゲー
ト絶縁膜18の両端の間に生じる坑電場EC ≒160K
V/cm、分極Pr ≒1μC/cm2 であり、膜厚d=
250nmとすれば、Pr /COX=25Vだけ閾値電圧
thが変化する。又、分極Pr を反転させるにはEC
d≒4Vの電圧を印加すれば良い。
When BaMgF 4 is used as the gate insulating film 18, ε OX ≒ 10ε 00 is a dielectric constant of vacuum), and the anti-electric field E C ≒ 160 K generated between both ends of the gate insulating film 18.
V / cm, polarization P r ≒ 1 μC / cm 2 , and the film thickness d =
If 250nm, P r / C OX = 25V by the threshold voltage V th is changed. Also, E C · to invert the polarization P r
A voltage of d れ ば 4 V may be applied.

【0006】図7は文献2に開示されているメモリセル
トランジスタの構造を概略的に示す断面図である。同図
に示すメモリセルトランジスタはMOSFETであっ
て、基板10に設けたチャネル、ソース及びドレイン領
域12、14及び16と、チャネル領域12上に順次に
設けた第一のゲート絶縁膜22、浮遊ゲート電極24、
第二のゲート絶縁膜26及び制御ゲート電極28とを有
する。第一のゲート絶縁膜22は常誘電体から成り、第
二のゲート絶縁膜26は強誘電体から成る。
FIG. 7 is a sectional view schematically showing the structure of the memory cell transistor disclosed in Reference 2. The memory cell transistor shown in FIG. 1 is a MOSFET, and includes a channel, source and drain regions 12, 14 and 16 provided on a substrate 10, a first gate insulating film 22 provided sequentially on the channel region 12, and a floating gate. Electrode 24,
It has a second gate insulating film 26 and a control gate electrode 28. The first gate insulating film 22 is made of a paraelectric, and the second gate insulating film 26 is made of a ferroelectric.

【0007】ここで、浮遊ゲート電極24及び基板10
の間の容量をC1 、浮遊ゲート電極24及び制御ゲート
電極28の間の容量をC2 、第二のゲート絶縁膜22の
残留分極をPr 、基板10に誘起される電荷をQS とす
ると、このメモリセルトランジスタのゲート電圧Vg
次式(2)のように表せる。
Here, the floating gate electrode 24 and the substrate 10
C 1 a capacitance between the capacitance C 2, the residual polarization of the P r of the second gate insulating film 22, the induced charges on the substrate 10 Q S between the floating gate electrode 24 and the control gate electrode 28 Then, the gate voltage V g of the memory cell transistor can be expressed by the following equation (2).

【0008】 Vg =QS /{(C1 ・C2 )/(C1 +C2 )}+Pr /C1 ……(2) 従って第二のゲート絶縁膜26の分極Pr を反転させる
ことにより、閾値電圧Vthは2・Pr /C1 だけ変化す
るので、これを利用することにより情報を記憶できる。
[0008] reversing the polarization P r of V g = Q S / {( C 1 · C 2) / (C 1 + C 2)} + P r / C 1 ...... (2) Thus the second gate insulating film 26 As a result, the threshold voltage V th changes by 2 · P r / C 1 , and information can be stored by using this.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来のメモリセルトランジスタでは、情報の書き込み或
は消去のために閾値電圧Vthを変化させる場合、少なく
とも分極Pr の2倍の電荷をゲート電極20、28に供
給し或はゲート電極20、28から引き抜かなければな
らない。より具体的には、ゲート絶縁膜18、26に用
いる強誘電体の分極Pr は通常1〜10μC/cm2
あり、この値は、チャネル領域12が導通状態となると
きに誘起される電荷が約0.1μC/cm2 となるのと
比較して、10〜100倍の大きさの値である。従って
閾値電圧Vthを変化させるためには大量の電荷をゲート
電極20、28に供給し或はゲート電極20、28から
引き抜く必要があり、これが情報の書き込み及び消去の
高速化を妨げる要因となっていた。
In [0006] However the conventional memory cell transistor described above, when changing the threshold voltage V th for writing or erasing information, double gate electrode the charge of at least the polarization P r 20 , 28 or withdrawn from the gate electrodes 20, 28. More specifically, the polarization P r of the ferroelectric used for the gate insulating film 18, 26 is usually 1~10μC / cm 2, this value is induced when the channel region 12 becomes conductive charge Is about 10 to 100 times the value of about 0.1 μC / cm 2 . Therefore, in order to change the threshold voltage V th , it is necessary to supply a large amount of charge to the gate electrodes 20 and 28 or to remove the charge from the gate electrodes 20 and 28, which is a factor that hinders high-speed writing and erasing of information. I was

【0010】また上述した従来のメモリセルトランジス
タでは、閾値電圧Vthは寸法、材料等の設計条件により
決定される値に限定され、従ってこれら設計条件により
決定される値以外の値に、閾値電圧Vthを可変制御する
ことはできなかった。
In the above-mentioned conventional memory cell transistor, the threshold voltage Vth is limited to a value determined by design conditions such as dimensions and materials. Therefore, the threshold voltage Vth is set to a value other than the value determined by these design conditions. V th could not be variably controlled.

【0011】この発明の第一の目的は、上述した従来の
問題点を解決し、情報の書き込み及び又は消去をより高
速に行なえるメモリセルトランジスタを提供することに
ある。
A first object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide a memory cell transistor capable of writing and / or erasing information at a higher speed.

【0012】またこの発明の第二の目的は、上述した従
来の問題点を解決し、閾値電圧Vthの値を可変制御でき
る範囲を広げることのできるメモリセルトランジスタを
提供することにある。
A second object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide a memory cell transistor capable of expanding the range in which the value of the threshold voltage Vth can be variably controlled.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】第一の目的を達成するた
め、第一発明のメモリセルトランジスタは、基板に設け
られたチャネル、ソース及びドレイン領域と、チャネル
領域上に第一のゲート絶縁膜を介して設けられた浮遊ゲ
ート電極と、浮遊ゲート電極上に第二のゲート絶縁膜を
介して設けられた制御ゲート電極と、前記第二のゲート
絶縁膜、前記浮遊ゲート電極及び前記制御ゲート電極と
の間にそれぞれバリア層とを備えて成るメモリセルトラ
ンジスタであって、浮遊ゲート電極のチャネル領域対向
部分と第二のゲート絶縁膜が含む強誘電体分極領域との
対向面積S1を、浮遊ゲート電極のチャネル領域対向面
積S0よりも狭くして成ることを特徴とする。
To achieve the first object, a memory cell transistor according to a first aspect of the present invention comprises a channel, source and drain regions provided on a substrate, and a first gate insulating film on the channel region. A floating gate electrode provided on the floating gate electrode, a control gate electrode provided on the floating gate electrode via a second gate insulating film, the second gate insulating film, the floating gate electrode, and the control gate electrode. a memory cell transistors comprising each comprise a barrier layer between the, the opposing area S 1 of the channel region facing portion and a ferroelectric polarization region including the second gate insulating film of the floating gate electrode, the floating characterized by comprising narrower than the channel region facing area S 0 of the gate electrode.

【0014】さらに第二の目的を達成するため、第二発
明のメモリセルトランジスタは、基板に設けられたチャ
ネル、ソース及びドレイン領域と、チャネル領域上に第
一のゲート絶縁膜を介して設けられた浮遊ゲート電極
と、浮遊ゲート電極上に第二のゲート絶縁膜を介して設
けられ、互いに極性が異なる電圧が印加される第一及び
第二の電極部材からなる制御ゲート電極とを備えて成る
メモリセルトランジスタであって、第二のゲート絶縁膜
が含む強誘電体分極領域を、第一及び第二の電極部材に
対応する領域にそれぞれ設けて成ることを特徴とする。
In order to further achieve the second object, a memory cell transistor according to a second aspect of the present invention is provided with a channel, source and drain regions provided on a substrate, and a first gate insulating film provided on the channel region. A floating gate electrode, and a control gate electrode provided on the floating gate electrode with a second gate insulating film interposed therebetween and having first and second electrode members to which voltages having different polarities are applied. A memory cell transistor, wherein a ferroelectric polarization region included in a second gate insulating film is provided in regions corresponding to the first and second electrode members, respectively.

【0015】[0015]

【作用】第一発明によれば、浮遊ゲート電極のチャネル
領域対向部分と第二のゲート絶縁膜が含む強誘電体分極
領域との対向面積S1 を、浮遊ゲート電極のチャネル領
域対向部分の面積S0 よりも狭くする。これがため、第
二のゲート絶縁膜の分極を反転させるために制御ゲート
電極に供給する電荷の量或は制御ゲート電極から引き抜
く電荷の量を、従来よりも低減できる。
According to the first aspect of the present invention, the facing area S 1 between the portion of the floating gate electrode facing the channel region and the ferroelectric polarization region included in the second gate insulating film is reduced by the area of the portion of the floating gate electrode facing the channel region. Make it narrower than S 0 . For this reason, the amount of charge supplied to the control gate electrode for inverting the polarization of the second gate insulating film or the amount of charge extracted from the control gate electrode can be reduced as compared with the conventional case.

【0016】また第二発明によれば、制御ゲート電極
を、極性の異なる電圧が印加される第一及び第二の電極
部材により構成する。しかも第二のゲート絶縁膜が含む
強誘電体分極領域を、これら第一及び第二の電極部材に
対応する領域にそれぞれ設ける。従って第一の電極部材
に対応する領域の分極Pr1、及び、第二の電極部材に対
応する領域の分極Pr2をそれぞれ、第一及び第二の電極
部材を介し個別に制御できる。
According to the second invention, the control gate electrode is constituted by the first and second electrode members to which voltages having different polarities are applied. Moreover, ferroelectric polarization regions included in the second gate insulating film are provided in regions corresponding to the first and second electrode members, respectively. Therefore, the polarization P r1 in the region corresponding to the first electrode member and the polarization P r2 in the region corresponding to the second electrode member can be individually controlled via the first and second electrode members.

【0017】[0017]

【実施例】以下、図面を参照し、発明の実施例につき説
明する。尚、図面は発明が理解できる程度に概略的に示
してあるにすぎず、従って発明を図示例に限定するもの
ではない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The drawings are only schematically shown to the extent that the invention can be understood, and thus the invention is not limited to the illustrated examples.

【0018】図1及び図2は第一実施例のメモリセルト
ランジスタの構成を概略的に示す断面図及び平面図であ
る。図2にあっては、浮遊ゲート電極42、第二のゲー
ト絶縁膜44及び制御ゲート電極46を部分的に切り欠
いて、基板面32aの法線方向Hから見た平面図を示
す。また図1にあっては、図2のI−I線に沿って取っ
た断面図を示す。第一実施例を第一発明の実施例として
説明する。
FIGS. 1 and 2 are a sectional view and a plan view schematically showing the structure of the memory cell transistor of the first embodiment. FIG. 2 shows a plan view in which the floating gate electrode 42, the second gate insulating film 44, and the control gate electrode 46 are partially cut away and viewed from the normal direction H of the substrate surface 32a. FIG. 1 is a sectional view taken along the line II of FIG. The first embodiment will be described as an embodiment of the first invention.

【0019】この実施例のメモリセルトランジスタ30
は、基板32に設けられたチャネル、ソース及びドレイ
ン領域34、36及び38と、チャネル領域34上に第
一のゲート絶縁膜40を介して設けられた浮遊ゲート電
極42と、浮遊ゲート電極42上に第二のゲート絶縁膜
44を介して設けられた制御ゲート電極46とを備え
る。また、第二のゲート絶縁膜44と浮遊ゲート電極4
2及び制御ゲート電極46との間にそれぞれ、バリア層
54を設ける。第二のゲート絶縁膜44が含む強誘電体
50と、浮遊ゲート電極42、制御ゲート電極46とが
直接に接触していると、これら強誘電体50と浮遊ゲー
ト電極42、制御ゲート電極46との間で化学反応を生
じ、その結果、強誘電体50が劣化することも考えられ
る。バリア層54はこの化学反応を防止するためのもの
であって、従って少なくとも強誘電体50と浮遊ゲート
電極42、制御ゲート電極46との間にバリア層54を
設けてあれば良い。強誘電体50と浮遊ゲート電極42
及び又は制御ゲート電極46との化学反応を起こしにく
い材料例えばSiO2により、バリア層54を形成する
のが好ましい。バリア層54を誘電体で形成する場合に
は、バリア層54は第二のゲート絶縁膜としても機能す
る。また、浮遊ゲート電極42のチャネル領域対向部分
42aと第二のゲート絶縁膜44が含む強誘電体分極領
域48との対向面積S1を、浮遊ゲート電極42のチャ
ネル領域対向部分42aの面積S0よりも狭くして成
る。
The memory cell transistor 30 of this embodiment
A channel, source and drain regions 34, 36 and 38 provided on the substrate 32, a floating gate electrode 42 provided on the channel region 34 via the first gate insulating film 40, And a control gate electrode 46 provided via a second gate insulating film 44. Further, the second gate insulating film 44 and the floating gate electrode 4
A barrier layer 54 is provided between the control gate electrode 2 and the control gate electrode 46. When the ferroelectric substance 50 included in the second gate insulating film 44 is in direct contact with the floating gate electrode 42 and the control gate electrode 46, the ferroelectric substance 50, the floating gate electrode 42 and the control gate electrode 46 It is also conceivable that a chemical reaction occurs between the two, and as a result, the ferroelectric substance 50 deteriorates. The barrier layer 54 is for preventing this chemical reaction. Therefore, it is sufficient that the barrier layer 54 is provided at least between the ferroelectric 50 and the floating gate electrode 42 and the control gate electrode 46. Ferroelectric 50 and floating gate electrode 42
Preferably, the barrier layer 54 is formed of a material that does not easily cause a chemical reaction with the control gate electrode 46, for example, SiO 2 . When the barrier layer 54 is formed of a dielectric, the barrier layer 54 also functions as a second gate insulating film. Further, the area S 1 between the channel region facing portion 42 a of the floating gate electrode 42 and the ferroelectric polarization region 48 included in the second gate insulating film 44 is reduced by the area S 0 of the channel region facing portion 42 a of the floating gate electrode 42. Narrower than that.

【0020】第二のゲート絶縁膜44は少なくとも強誘
電体50を含み、浮遊ゲート電極42及び制御ゲート電
極46の配列方向から見た場合に、浮遊ゲート電極4
2、強誘電体50及び制御ゲート電極46の3つ全部が
重なり合う領域の強誘電体50部分が分極領域48とな
る。従って、浮遊ゲート電極42、強誘電体50或は制
御ゲート電極46の形状や相対的位置関係を変化させ、
これら3つの重なる領域の形状を変化させることによ
り、分極領域48の面積が変化するので、対向面積S1
を変化させることができる。
The second gate insulating film 44 includes at least a ferroelectric substance 50 and, when viewed from the arrangement direction of the floating gate electrode 42 and the control gate electrode 46, the floating gate electrode 4
2. The region of the ferroelectric 50 where all three of the ferroelectric 50 and the control gate electrode 46 overlap is the polarization region 48. Therefore, by changing the shape and relative positional relationship of the floating gate electrode 42, the ferroelectric substance 50 or the control gate electrode 46,
By changing the shape of these three overlapping regions, the area of the polarization region 48 changes, so that the facing area S 1
Can be changed.

【0021】また浮遊ゲート電極42とチャネル領域3
4との対向面積が、浮遊ゲート電極42のチャネル領域
対向部分42aの面積S0 である。チャネル領域34は
ソース領域36及びドレイン領域38の間の基板表層部
分であって、チャネル(キャリアの通路)が誘起される
領域である。
The floating gate electrode 42 and the channel region 3
4 is the area S 0 of the channel region facing portion 42 a of the floating gate electrode 42. The channel region 34 is a surface layer portion of the substrate between the source region 36 and the drain region 38, and is a region where a channel (passage of carriers) is induced.

【0022】この実施例では、メモリセルトランジスタ
30はnチャネルMOSFET(Metal-Oxide-Semicond
uctor Field Effect Transistor )であって、p−Si
基板32に、イオン注入、不純物拡散等によりn型不純
物を選択的に導入し、これによりp−Siチャネル領域
34、n+ −Siソース領域36及びn+ −Siドレイ
ン領域38を、一方の基板面32a側に形成する。ソー
ス領域36及びドレイン領域38は、チャネル領域34
を挟んで離間しかつチャネル領域34に隣接する。
In this embodiment, the memory cell transistor 30 is an n-channel MOSFET (Metal-Oxide-Semicond
uctor Field Effect Transistor) and p-Si
An n-type impurity is selectively introduced into the substrate 32 by ion implantation, impurity diffusion, or the like, thereby forming the p-Si channel region 34, the n + -Si source region 36, and the n + -Si drain region 38 into one substrate. It is formed on the surface 32a side. The source region 36 and the drain region 38 are
And is adjacent to the channel region 34.

【0023】そして第一のゲート絶縁膜40、浮遊ゲー
ト電極42、第二のゲート絶縁膜44及び制御ゲート電
極46を、平面的に見て(基板面32aの法線方向Hか
ら見て)重ね合わせるようにして、チャネル領域34上
に順次に設ける。これらゲート絶縁膜40、44及びゲ
ート電極42、46の平面形状を、同一形状例えばチャ
ネル幅方向Pに細長いストライプ状の形状とする。
Then, the first gate insulating film 40, the floating gate electrode 42, the second gate insulating film 44, and the control gate electrode 46 are overlapped in a plan view (when viewed from the normal direction H of the substrate surface 32a). They are sequentially provided on the channel region 34 so as to match. The planar shapes of the gate insulating films 40 and 44 and the gate electrodes 42 and 46 are the same shape, for example, a stripe shape elongated in the channel width direction P.

【0024】浮遊ゲート電極42はn+ −ポリSi或は
Ptから成り、この浮遊ゲート電極42を、チャネル長
方向Qにおいてソース領域36のチャネル隣接端部36
a及びドレイン領域38のチャネル隣接端部38aと重
ね合わせるように延在させて設ける。第一のゲート絶縁
膜40は常誘電体例えばSiO2 から成り、浮遊ゲート
電極42とチャネル領域34及びチャネル隣接端部36
a、36bとの間に、この第一のゲート絶縁膜40を介
在させる。
The floating gate electrode 42 is made of n + -poly Si or Pt. The floating gate electrode 42 is connected to the channel adjacent end 36 of the source region 36 in the channel length direction Q.
a and the drain region 38 so as to extend so as to overlap with the channel adjacent end 38a. The first gate insulating film 40 is made of a paraelectric material such as SiO 2 , and has a floating gate electrode 42, a channel region 34, and a channel adjacent end 36.
The first gate insulating film 40 is interposed between the first gate insulating film 40 and the first gate insulating film 36b.

【0025】第二のゲート絶縁膜44は強誘電体50及
び常誘電体52から成り、浮遊ゲート電極42と制御ゲ
ート電極46との間にこれら強誘電体50及び常誘電体
52の双方を介在させる。ここでは、強誘電体50はP
ZT及び常誘電体52はSiO2 から成り、これら誘電
体50、52はそれぞれチャネル幅方向Pに細長いスト
ライプ状の形状を有する。強誘電体50をチャネル長方
向Qにおけるほぼ中央に配置し、強誘電体50のチャネ
ル長方向Qにおける左右の側部にそれぞれ接して常誘電
体52を設ける。
The second gate insulating film 44 comprises a ferroelectric substance 50 and a paraelectric substance 52. Both the ferroelectric substance 50 and the paraelectric substance 52 are interposed between the floating gate electrode 42 and the control gate electrode 46. Let it. Here, the ferroelectric substance 50 is P
The ZT and paraelectric 52 are made of SiO 2, and each of the dielectrics 50 and 52 has a striped shape elongated in the channel width direction P. The ferroelectric substance 50 is disposed substantially at the center in the channel length direction Q, and the paraelectric substance 52 is provided in contact with the left and right sides of the ferroelectric substance 50 in the channel length direction Q, respectively.

【0026】制御ゲート電極46はn+ −ポリSi或は
Ptから成り、この制御ゲート電極46と浮遊ゲート4
2との間に、第二のゲート絶縁膜44の全体従って強誘
電体50及び常誘電体52の全体を、挟み込む。
The control gate electrode 46 is made of n + -poly Si or Pt.
2, the whole of the second gate insulating film 44, that is, the whole of the ferroelectric 50 and the paraelectric 52 is sandwiched.

【0027】図3は第一実施例の面積S0 、S1 の説明
に供する平面図である。同図にあっては、チャネル、ソ
ース及びドレイン領域34、36及び38と、浮遊ゲー
ト電極42のチャネル領域対向部分42aと、第二のゲ
ート絶縁膜44の強誘電体分極領域48及び強誘電体5
0とを、平面的に見た状態(基板面32aの法線方向H
から見た状態)を示す。
FIG. 3 is a plan view for explaining the areas S 0 and S 1 of the first embodiment. In the figure, the channel, source and drain regions 34, 36 and 38, the channel region facing portion 42a of the floating gate electrode 42, the ferroelectric polarization region 48 and the ferroelectric 5
0 in a plane view (normal direction H of the substrate surface 32a).
From the point of view).

【0028】この実施例では、浮遊ゲート電極42のチ
ャネル対向部分42aとチャネル領域34との平面形状
は等しく、従ってこのチャネル対向部分42aの面積S
0 は平面的に見たときのチャネル領域34の面積に等し
い。この面積S0 は、図3中に右斜め上りのハッチング
を付して示す部分の面積となる。
In this embodiment, the planar shape of the channel facing portion 42a of the floating gate electrode 42 is equal to the planar shape of the channel region 34. Therefore, the area S of the channel facing portion 42a is equal to S.
0 is equal to the area of the channel region 34 when viewed in plan. This area S 0 is the area of the part shown by hatching in FIG.

【0029】また強誘電体50の全体を浮遊ゲート電極
42及び制御ゲート電極46の間に挟むので、浮遊ゲー
ト電極42及び制御ゲート電極46の配列方向ここでは
法線方向Hから見て、強誘電体50全体が浮遊ゲート電
極42及び制御ゲート電極46と重なり合う。従って強
誘電体50全体が、分極領域48となる。この分極領域
48と浮遊ゲート電極42のチャネル領域対向部分42
aとの対向面積S1 は、図3中に左斜め上りのハッチン
グを付して示す部分の面積となる。
Further, since the entire ferroelectric substance 50 is sandwiched between the floating gate electrode 42 and the control gate electrode 46, the ferroelectric substance 50 is viewed from the arrangement direction of the floating gate electrode 42 and the control gate electrode 46, here, the normal direction H. The whole body 50 overlaps the floating gate electrode 42 and the control gate electrode 46. Therefore, the entire ferroelectric 50 becomes the polarization region 48. The polarization region 48 and the channel region facing portion 42 of the floating gate electrode 42
facing area S 1 and a is the area of the portion indicated by hatching in the left oblique upward in FIG.

【0030】ここでは第二のゲート絶縁膜44が含む強
誘電体50自体の面積を狭くすることによって、例えば
チャネル長方向Qにおいて、強誘電体50の幅をチャネ
ル領域対向部分42aの幅(或はチャネル長)よりも狭
くすることにより、対向面積S1 <面積S0 としてい
る。
Here, by reducing the area of the ferroelectric 50 itself included in the second gate insulating film 44, for example, in the channel length direction Q, the width of the ferroelectric 50 is reduced to the width of the channel region facing portion 42a (or Is smaller than the channel length) so that the facing area S 1 <the area S 0 .

【0031】従ってこの実施例では、浮遊ゲート電極4
2のチャネル領域対向部分42aと第二のゲート絶縁膜
44が含む強誘電体50自体との対向面積を、対向面積
1とするものである。
Therefore, in this embodiment, the floating gate electrode 4
The opposing area between the ferroelectric 50 itself is second channel region facing portion 42a and a second gate insulating film 44 includes, it is an opposing area S 1.

【0032】上述のように構成したこの実施例のメモリ
セルトランジスタ28のゲート電圧Vg は次式(2)の
ように表せる。
The gate voltage V g of the memory cell transistor 28 of this embodiment constructed as described above can be expressed by the following equation (2).

【0033】 Vg =QS /{(C1 ・C2 )/(C1 +C2 )} +(S1 /S0 )・Pr /C1 ……(2) (2)式中、Qs はチャネル領域34に誘起される電
荷、C1 は浮遊ゲート電極42のチャネル領域対向部分
42aとチャネル領域34との間の容量、C2 は浮遊ゲ
ート電極42のチャネル領域対向部分42aと制御ゲー
ト電極46との間の容量、Pr は分極領域48の単位面
積当りにおける分極を示す。
V g = Q S / {(C 1 · C 2 ) / (C 1 + C 2 )} + (S 1 / S 0 ) · P r / C 1 (2) Q s is the charge induced in the channel region 34, C 1 is the capacitance between the channel region facing portion 42 a of the floating gate electrode 42 and the channel region 34, and C 2 is the capacitance between the channel region facing portion 42 a of the floating gate electrode 42 and the control. capacitance between the gate electrode 46, P r represents the polarization in the per unit area of polarized region 48.

【0034】この実施例のメモリセルトランジスタ28
においては閾値電圧Vthの変化量ΔVT は、(2)式に
基づき、次式(3)のように表せる。
The memory cell transistor 28 of this embodiment
The variation [Delta] V T of the threshold voltage V th in, expressed as based on the equation (2), the following equation (3).

【0035】 ΔVT =(S1 /S0 )・(2・Pr /C1 ) ……(3) ここで、基板32はp−Si基板であり、第二のゲート
絶縁膜44を構成する強誘電体50及び常誘電体52が
それぞれ等しい膜厚100Åを有するPZT膜及びSi
2 膜から成るとすれば、Pr =約20μC/cm2
1 =3.4×10-7F/cm2 となる。このとき2・
r /C1 =118Vである。
ΔV T = (S 1 / S 0 ) · (2 · P r / C 1 ) (3) Here, the substrate 32 is a p-Si substrate and forms the second gate insulating film 44. PZT film and Si film in which the ferroelectric material 50 and the paraelectric material
If made of O 2 film, P r = about 20 [mu] C / cm 2,
C 1 = 3.4 × 10 −7 F / cm 2 At this time
P r / C 1 = 118V.

【0036】通常のフラッシュメモリにおいて実用上望
まれる閾値電圧Vthの可変幅ΔVTは例えば5Vであ
り、従って面積比S1 /S0 を5/118〜1/20と
するように面積S1 及びS0 を設計すれば、この実施例
のメモリセルトランジスタ28の閾値電圧可変幅ΔVT
を例えば5Vとすることができる。
The variable width [Delta] V T of the threshold voltage V th desired practical in conventional flash memory is, for example, 5V, thus the area ratio S 1 / S 0 5 / 118-1 / 20 and the area to S 1 And S 0 , the threshold voltage variable width ΔV T of the memory cell transistor 28 of this embodiment is designed.
Can be set to 5 V, for example.

【0037】このように対向面積S1 を狭くすることに
より、閾値電圧可変幅ΔVT を実用上望まれる値にまで
低減できる。また対向面積S1 を狭くすることにより、
分極領域48の分極反転のために供給し或は引き抜く電
荷の量を減少させることができるので、従来よりも高速
で情報の書込み及び消去を行なうことができる。
[0037] By narrowing the opposing area S 1 thus can be reduced to a practical value to the desired threshold voltage variable width [Delta] V T. By narrowing the opposing area S 1 addition,
Since the amount of charge supplied or extracted for inverting the polarization of the polarization region 48 can be reduced, information can be written and erased at a higher speed than in the prior art.

【0038】また容量C1 は、第二のゲート絶縁膜44
を構成する強誘電体50の膜厚dに応じて変化するの
で、強誘電体50の膜厚d (図1参照)により可変
幅Vcrを制御できる。また閾値電圧Vthを可変幅ΔVT
だけ変化させるために強誘電体50の両端に印加すべき
電圧(反転電圧)VcrはVcr=2・EC ・d1 で与えら
れ、従って反転電圧Vcrの大きさを膜厚d1 により制御
できる。
The capacitance C 1 is the same as that of the second gate insulating film 44.
Since changes according to the film thickness d 1 of the ferroelectric 50 constituting the, possible to control the variable width V cr by strong thickness d 1 of the dielectric 50 (see FIG. 1). Further, the threshold voltage V th is set to a variable width ΔV T
Voltage to be applied across the ferroelectric 50 in order to only change (inversion voltage) V cr is V cr = 2 · E given by C · d 1, thus the film thickness d 1 of the magnitude of the reverse voltage V cr Can be controlled by

【0039】さらに、この実施例では第二のゲート絶縁
膜44を強誘電体50及び常誘電体52により構成する
ので、式(2)の容量C2 は次式(4)のように表せ
る。
Further, in this embodiment, since the second gate insulating film 44 is composed of the ferroelectric substance 50 and the paraelectric substance 52, the capacitance C 2 of the equation (2) can be expressed as the following equation (4).

【0040】 C2 =ε1 ・S1 /d1 +ε2 ・S2 /d2 ……(4) ここで、ε1 は第二のゲート絶縁膜44を構成する強誘
電体50の誘電率及び膜厚、ε2 及びd2 は第二のゲー
ト絶縁膜44を構成する常誘電体52の誘電率及び膜厚
(膜厚d2 は図1参照)、S2 はこの常誘電体52と浮
遊ゲート電極42のチャネル領域対向部分42aとの対
向面積を示す。但し、S1 +S2 =S0とする。
C 2 = ε 1 · S 1 / d 1 + ε 2 · S 2 / d 2 (4) Here, ε 1 is the dielectric constant of the ferroelectric 50 constituting the second gate insulating film 44. And the thickness, ε 2 and d 2 are the dielectric constant and the thickness of the paraelectric 52 constituting the second gate insulating film 44 (see FIG. 1 for the thickness d 2 ), and S 2 is The area of the floating gate electrode 42 facing the channel region facing portion 42a is shown. Note that S 1 + S 2 = S 0 .

【0041】上述したように閾値電圧可変幅ΔVT を実
用的な値とするためにはS1 /S0<<1とする必要があ
るから、この場合、(4)式は近似的に(5)式のよう
に書き改めることができる。
As described above, in order to make the threshold voltage variable width ΔV T a practical value, it is necessary to set S 1 / S 0 << 1. In this case, equation (4) is approximately 5) It can be rewritten as in the equation.

【0042】C2 =ε2 ・S2 /d2 ……(5) 従って式(2)及び式(5)から、一定量のチャネル電
荷QS を得るために必要なゲート電圧Vg を、膜厚d2
により制御できることが理解できる。従って情報の読み
出しに必要なチャネル電荷QS を得るために印加すべき
ゲート電圧Vg(以下、このゲート電圧Vg を読み出し
電圧VR と表す)の大きさを、膜厚d2により制御でき
る。
[0042] From C 2 = ε 2 · S 2 / d 2 ...... (5) Therefore Equation (2) and (5), the gate voltage V g required to obtain a channel charge Q S a certain amount, Thickness d 2
It can be understood that it can be controlled by Thus the gate voltage V g to be applied in order to obtain a channel charge Q S required for reading the information size (hereinafter, the read gate voltage V g represents the voltage V R), can be controlled by the film thickness d 2 .

【0043】以上のようにこの実施例では、強誘電体5
0の膜厚d1 により閾値電圧可変幅ΔVT 或は反転電圧
crを制御し、これとはほぼ独立に、常誘電体52の膜
厚d2 により読み出し電圧VR を制御することが可能で
ある。従ってd1 =d2 とするほか、d1 >d2 或はd
1 <d2 とすることができる。
As described above, in this embodiment, the ferroelectric 5
The threshold voltage variable width ΔV T or the inversion voltage V cr is controlled by the film thickness d 1 of 0, and the reading voltage V R can be controlled by the film thickness d 2 of the paraelectric material 52 almost independently of this. It is. Therefore, in addition to d 1 = d 2 , d 1 > d 2 or d 1
It can be 1 <d 2.

【0044】図4は第二実施例の構成を概略的に示す断
面図である。この実施例を第一発明の実施例として説明
する。以下、第一実施例と相違する点につき説明し、第
一実施例と同様の点についてはその詳細な説明を省略す
る。
FIG. 4 is a sectional view schematically showing the structure of the second embodiment. This embodiment will be described as an embodiment of the first invention. Hereinafter, points different from the first embodiment will be described, and detailed description of the same points as the first embodiment will be omitted.

【0045】この実施例では、第二のゲート絶縁膜44
と浮遊ゲート電極42及び制御ゲート電極46との間に
それぞれ、バリア層54を設ける。第二のゲート絶縁膜
44が含む強誘電体50と、ゲート電極42、46とが
直接に接触していると、これら強誘電体50とゲート電
極42、46との間で化学反応を生じ、その結果、強誘
電体50が劣化することも考えられる。バリア層54は
この化学反応を防止するためのものであって、従って少
なくとも強誘電体50とゲート電極42、46との間に
バリア層54を設けてあれば良い。強誘電体50及び又
はゲート電極42、46との化学反応を起こしにくい材
料例えばSiO2 により、バリア層54を形成するのが
好ましい。バリア層54を誘電体で形成する場合には、
バリア層54は第二のゲート絶縁膜としても機能する。
In this embodiment, the second gate insulating film 44
A barrier layer 54 is provided between the floating gate electrode 42 and the control gate electrode 46. If the ferroelectric 50 included in the second gate insulating film 44 and the gate electrodes 42 and 46 are in direct contact, a chemical reaction occurs between the ferroelectric 50 and the gate electrodes 42 and 46, As a result, the ferroelectric substance 50 may deteriorate. The barrier layer 54 is for preventing this chemical reaction. Therefore, it is sufficient that the barrier layer 54 is provided at least between the ferroelectric 50 and the gate electrodes 42 and 46. The barrier layer 54 is preferably formed of a material that does not easily cause a chemical reaction with the ferroelectric 50 and / or the gate electrodes 42 and 46, for example, SiO 2 . When the barrier layer 54 is formed of a dielectric,
The barrier layer 54 also functions as a second gate insulating film.

【0046】[0046]

【0047】[0047]

【0048】[0048]

【0049】[0049]

【0050】[0050]

【0051】[0051]

【0052】[0052]

【0053】[0053]

【0054】[0054]

【0055】[0055]

【0056】[0056]

【0057】[0057]

【0058】[0058]

【0059】[0059]

【0060】[0060]

【0061】[0061]

【0062】[0062]

【0063】[0063]

【0064】[0064]

【0065】[0065]

【0066】[0066]

【0067】[0067]

【0068】[0068]

【0069】[0069]

【0070】[0070]

【0071】[0071]

【0072】[0072]

【0073】[0073]

【0074】[0074]

【0075】図4及び図5は第二実施例の構成を概略的
に示す断面図及び平面図である。図5にあっては、浮遊
ゲート電極42、第二のゲート絶縁膜44及び制御ゲー
ト電極46を部分的に切り欠いて、基板面32aの法線
方向Hから見た平面図を示す。また図4にあっては、図
5のXIII−XIII線に沿って取った断面図を示す。この実
施例を第二発明の実施例として説明する。
FIGS. 4 and 5 are a sectional view and a plan view schematically showing the structure of the second embodiment. FIG. 5 is a plan view showing the floating gate electrode 42, the second gate insulating film 44, and the control gate electrode 46 partially cut away and viewed from the normal direction H of the substrate surface 32a. FIG. 4 is a sectional view taken along line XIII-XIII in FIG. This embodiment will be described as an embodiment of the second invention.

【0076】この実施例のメモリセルトランジスタ30
は、基板32に設けられたチャネル、ソース及びドレイ
ン領域34、36及び38と、チャネル領域34上に第
一のゲート絶縁膜40を介して設けられた浮遊ゲート電
極42と、浮遊ゲート電極42上に第二のゲート絶縁膜
44を介して設けられた制御ゲート電極46とを備え、
制御ゲート電極46を、極性の異なる電圧が印加される
第一の電極部材a1、a2、a3及び第二の電極部材b
1、b2により構成し、第二のゲート絶縁膜が含む強誘
電体分極領域48を、これら第一の電極部材a1、a
2、a3及び第二の電極部材b1、b2に対応する領域
にそれぞれ設けて成る。
The memory cell transistor 30 of this embodiment
A channel, source and drain regions 34, 36 and 38 provided on the substrate 32, a floating gate electrode 42 provided on the channel region 34 via the first gate insulating film 40, A control gate electrode 46 provided via a second gate insulating film 44,
The control gate electrode 46 is divided into a first electrode member a1, a2, a3 and a second electrode member b to which voltages having different polarities are applied.
1 and b2, and the ferroelectric polarization region 48 included in the second gate insulating film is divided into the first electrode members a1 and a
2, a3 and the second electrode members b1, b2, respectively.

【0077】第二のゲート絶縁膜44は少なくとも強誘
電体50を含み、浮遊ゲート電極42及び制御ゲート電
極46の配列方向から見て、浮遊ゲート電極42、強誘
電体50及び制御ゲート電極46の3つ全部が重なり合
う領域の強誘電体50部分が分極領域48となる。
The second gate insulating film 44 includes at least a ferroelectric substance 50, and is formed of the floating gate electrode 42, the ferroelectric substance 50 and the control gate electrode 46 when viewed from the arrangement direction of the floating gate electrode 42 and the control gate electrode 46. The portion of the ferroelectric 50 in the region where all three overlap is the polarization region 48.

【0078】この実施例では、メモリセルトランジスタ
30はnチャネルMOSFET(Metal-Oxide-Semicond
uctor Field Effect Transistor )であって、p−Si
基板32に、イオン注入、不純物拡散等によりn型不純
物を選択的に導入し、これによりp−Siチャネル領域
34、n+ −Siソース領域36及びn+ −Siドレイ
ン領域38を、一方の基板面32a側に形成する。ソー
ス領域36及びドレイン領域38は、チャネル領域34
を挟んで離間しかつチャネル領域34に隣接する。
In this embodiment, the memory cell transistor 30 is an n-channel MOSFET (Metal-Oxide-Semicond
uctor Field Effect Transistor) and p-Si
An n-type impurity is selectively introduced into the substrate 32 by ion implantation, impurity diffusion, or the like, thereby forming the p-Si channel region 34, the n + -Si source region 36, and the n + -Si drain region 38 into one substrate. It is formed on the surface 32a side. The source region 36 and the drain region 38 are
And is adjacent to the channel region 34.

【0079】そして第一のゲート絶縁膜40、浮遊ゲー
ト電極42、第二のゲート絶縁膜44及び制御ゲート電
極46を、平面的に見て(基板面32aの法線方向Hか
ら見て)重ね合わせるようにして、チャネル領域34上
に順次に設ける。第一のゲート絶縁膜40、浮遊ゲート
電極42及び第二のゲート絶縁膜44の平面形状を、同
一形状例えばチャネル幅方向Pに細長いストライプ状の
形状とする。
Then, the first gate insulating film 40, the floating gate electrode 42, the second gate insulating film 44, and the control gate electrode 46 are stacked in a plan view (as viewed from the normal direction H of the substrate surface 32a). They are sequentially provided on the channel region 34 so as to match. The planar shapes of the first gate insulating film 40, the floating gate electrode 42, and the second gate insulating film 44 have the same shape, for example, a stripe shape elongated in the channel width direction P.

【0080】浮遊ゲート電極42はn+ −ポリSi或は
Ptから成り、この浮遊ゲート電極42を、チャネル長
方向Qにおいてソース領域36のチャネル隣接端部36
a及びドレイン領域38のチャネル隣接端部38aと重
ね合わせるように延在させて設ける。第一のゲート絶縁
膜40は常誘電体例えばSiO2 から成り、浮遊ゲート
電極42とチャネル領域34及びチャネル隣接端部36
a、36bとの間に、この第一のゲート絶縁膜40を介
在させる。
The floating gate electrode 42 is made of n + -poly Si or Pt. The floating gate electrode 42 is connected to the channel adjacent end 36 of the source region 36 in the channel length direction Q.
a and the drain region 38 so as to extend so as to overlap with the channel adjacent end 38a. The first gate insulating film 40 is made of a paraelectric material such as SiO 2 , and has a floating gate electrode 42, a channel region 34, and a channel adjacent end 36.
The first gate insulating film 40 is interposed between the first gate insulating film 40 and the first gate insulating film 36b.

【0081】第二のゲート絶縁膜44は強誘電体50の
みから成り、浮遊ゲート電極42と制御ゲート電極46
の各電極部材a1〜a3、b1〜b2との間にそれぞ
れ、強誘電体50を介在させる。従って浮遊ゲート電極
42及び制御ゲート電極46の配列方向ここでは法線方
向Hから見て、各電極部材a1〜a3、b1〜b2と重
なり合う領域の強誘電体50部分にそれぞれ、分極領域
48が形成される。強誘電体50はPZTである。
The second gate insulating film 44 is made of only the ferroelectric material 50, and includes the floating gate electrode 42 and the control gate electrode 46.
The ferroelectric substance 50 is interposed between the respective electrode members a1 to a3 and b1 to b2. Accordingly, when viewed from the arrangement direction of the floating gate electrode 42 and the control gate electrode 46, here, the normal direction H, a polarization region 48 is formed in each of the ferroelectric bodies 50 in a region overlapping with each of the electrode members a1 to a3 and b1 to b2. Is done. The ferroelectric 50 is PZT.

【0082】制御ゲート電極46の各電極部材a1〜a
3、b1〜b2はそれぞれn+ −ポリSi或はPtから
成り、各電極部材a1〜a3、b1〜b2をそれぞれ、
チャネル幅方向Pに細長いストライプ状の形状とする。
そしてこれら電極部材a1〜a3、b1〜b2を、チャ
ネル長方向Qに所定間隔で離間させて、並列配置する。
この際、チャネル長方向Qに、第一の電極部材a1〜a
3と第二の電極b1〜b2とを交互に配置する。尚、第
一及び第二の電極部材を必ずしも交互に配置しなくとも
良い。
Each of the electrode members a1 to a of the control gate electrode 46
3, b1 and b2 are each made of n + -poly Si or Pt, and each of the electrode members a1 to a3 and b1 to b2 is
The stripe shape is elongated in the channel width direction P.
The electrode members a1 to a3 and b1 to b2 are arranged in parallel at a predetermined interval in the channel length direction Q.
In this case, the first electrode members a1 to a
3 and the second electrodes b1 and b2 are alternately arranged. Note that the first and second electrode members need not necessarily be arranged alternately.

【0083】上述のように構成したこの実施例のメモリ
セルトランジスタ30においては、第一の電極部材a1
〜a3に正の電圧及び第二の電極部材b1〜b2に負の
電圧を印加するか、第一の電極部材a1〜a3に負の電
圧及び第二の電極部材b1〜b2に正の電圧を印加す
る。そして各電極部材に印加する電圧の大きさを任意好
適な大きさに調整する。メモリセルトランジスタ30の
閾値電圧可変幅Vcrは、第一の電極部材a1〜a3にそ
れぞれ対応する分極領域48の分極Pr1と、第二の電極
部材b1〜b2にそれぞれ対応する分極領域48の分極
r2との総和に応じて変化する。従って各電極部材a1
〜a3、b1〜b2に印加する電圧の極性や電圧の大き
さを任意好適に変化させることにより、閾値電圧可変幅
ΔVT を可変制御でき、その結果、メモリセルトランジ
スタ30の閾値電圧Vthを可変制御できる。
In the memory cell transistor 30 of this embodiment having the above-described structure, the first electrode member a1
A3 to apply a positive voltage to the second electrode members b1 to b2, or apply a negative voltage to the first electrode members a1 to a3 and a positive voltage to the second electrode members b1 to b2. Apply. Then, the magnitude of the voltage applied to each electrode member is adjusted to any suitable magnitude. The threshold voltage variable width V cr of the memory cell transistor 30 is different from the polarization Pr 1 of the polarization region 48 corresponding to the first electrode members a1 to a3 and the polarization P r1 of the polarization region 48 corresponding to the second electrode members b1 to b2, respectively. It changes according to the sum with the polarization Pr2 . Therefore, each electrode member a1
To a3, by any suitably changing the magnitude of the polarity or voltage of the voltage applied to b1 and b2, the threshold voltage variation width [Delta] V T can variably controlled, as a result, the threshold voltage V th of the memory cell transistor 30 Can be variably controlled.

【0084】またこの実施例は第二発明の実施例である
が、制御ゲート電極96を構成する第一及び第二の電極
部材の配設個数を少数とすれば、第一発明の実施例とし
ての作用効果も期待できる。
This embodiment is an embodiment of the second invention. However, if the number of the first and second electrode members constituting the control gate electrode 96 is reduced, the embodiment of the first invention will be described. Can also be expected.

【0085】例えば、制御ゲート電極96を電極部材を
第一の電極部材a2及び第二の電極部材b1〜b2のみ
から構成し、これら各電極部材a2、b1及びb2に対
応する分極領域48と浮遊ゲート電極42のチャネル領
域対向部分42aとの対向面積S11、S12及びS13の総
和を、チャネル領域対向部分42aの面積S0よりも狭
くすれば良い。このときの対向面積S11、S12及びS13
はそれぞれ、図5中に左斜め上りのハッチングを付して
示す部分の面積となる。この場合、第一実施例と同様
に、S1<S0とすることにより、閾値電圧可変幅ΔVT
を実用上望まれる値にまで低減できる。またS1を狭く
することにより、従来よりも高速で情報の書込み及び消
去を行なうことができるという作用効果を期待できる。
但し、第二のゲート絶縁膜44を強誘電体50のみから
構成しているので、閾値電圧可変幅ΔVT或は反転電圧
crと、読み出し電圧VRとを独立制御することができ
ない点は、第一実施例と相違する。
For example, the control gate electrode 96 is composed of only the first electrode member a2 and the second electrode members b1 to b2 as the electrode members, and floats with the polarization region 48 corresponding to each of these electrode members a2, b1 and b2. The sum of the areas S 11 , S 12 and S 13 of the gate electrode 42 facing the channel region facing portion 42a may be smaller than the area S 0 of the channel region facing portion 42a. At this time, the facing areas S 11 , S 12 and S 13
Are the areas of the portions indicated by hatching in FIG. In this case, similarly to the first embodiment, by setting S 1 <S 0 , the threshold voltage variable width ΔV T
Can be reduced to a value practically desired. Further, by reducing S 1 , it is possible to expect an operation and effect that information can be written and erased at a higher speed than before.
However, since the second gate insulating film 44 is formed only of the ferroelectric material 50, the threshold voltage variable width ΔV T or the inversion voltage V cr and the read voltage V R cannot be independently controlled. This is different from the first embodiment.

【0086】発明は上述した実施例にのみ限定されるも
のではなく、従って各構成成分の形状、配設個数、配設
位置、形成材料、寸法及びそのほかを任意好適に変更で
きる。
The present invention is not limited only to the above-described embodiment, and accordingly, the shape, the number of the components, the location, the forming material, the dimensions, and the like of each component can be arbitrarily and suitably changed.

【0087】例えば第二実施例において、第一実施例と
同様に、第二のゲート絶縁膜44と浮遊ゲート電極42
及び制御ゲート電極46との間にそれぞれ、バリア層5
4を設けるようにしても良い。
For example, in the second embodiment, as in the first embodiment, the second gate insulating film 44 and the floating gate electrode 42
And the control gate electrode 46, respectively.
4 may be provided.

【0088】また強誘電体50は、少なくとも浮遊ゲー
ト電極42のチャネル対向領域42aと制御ゲート電極
46との間に介在すれば良く、従って強誘電体50を浮
遊ゲート電極42或は制御ゲート電極46の全体にわた
って設けても良いし、浮遊ゲート電極42のチャネル対
向領域42aに対応する領域のみに設けるようにしても
良い。
The ferroelectric substance 50 may be interposed at least between the channel facing region 42a of the floating gate electrode 42 and the control gate electrode 46. Therefore, the ferroelectric substance 50 may be placed on the floating gate electrode 42 or the control gate electrode 46. Or may be provided only in a region corresponding to the channel facing region 42 a of the floating gate electrode 42.

【0089】また上述した実施例では、nチャネルFE
Tの例につき説明したが、上述した各実施例において導
電型を反対導電型としてpチャネルFETを構成するよ
うにしても良い。
In the above embodiment, the n-channel FE
Although the example of T has been described, a p-channel FET may be configured in each of the above-described embodiments by setting the conductivity type to the opposite conductivity type.

【0090】[0090]

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、第
二のゲート絶縁膜の分極を反転させるために制御ゲート
電極に供給する電荷の量或は制御ゲート電極から引き抜
く電荷の量を低減できるので、従来よりも高速に情報の
書き込み及び消去を行なえるメモリセルトランジスタを
提供できる。
As is apparent from the above description, the amount of charge supplied to the control gate electrode or the amount of charge extracted from the control gate electrode for inverting the polarization of the second gate insulating film can be reduced. Therefore, it is possible to provide a memory cell transistor capable of writing and erasing information at a higher speed than before.

【0091】また第二発明のメモリセルトランジスタに
よれば、制御ゲート電極を構成する第一及び第二の電極
部材を介して、それぞれの電極部材に対応する領域の分
極Pr1及びPr2を個別に制御できる。メモリセルトラン
ジスタの閾値電圧は、これらこれら分極Pr1及びPr2
総和に応じて変化するので、第一及び第二の電極部材を
介し、メモリトランジスタの閾値電圧を可変制御でき
る。
According to the memory cell transistor of the second invention, the polarizations P r1 and P r2 of the regions corresponding to the respective electrode members are individually determined via the first and second electrode members constituting the control gate electrode. Can be controlled. Since the threshold voltage of the memory cell transistor changes according to the sum of these polarizations Pr1 and Pr2 , the threshold voltage of the memory transistor can be variably controlled via the first and second electrode members.

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

【図1】第一実施例の構成を概略的に示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a configuration of a first embodiment.

【図2】第一実施例の構成を概略的に示す平面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of the first embodiment.

【図3】第一実施例における面積S0、S1 の説明に供
する図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining areas S 0 and S 1 in the first embodiment.

【図4】第二実施例の構成を概略的に示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view schematically showing a configuration of a second embodiment.

【図5】第二実施例の構成を概略的に示す平面図であ
る。
FIG. 5 is a plan view schematically showing a configuration of a second embodiment.

【図6】従来のメモリセルトランジスタの構成を概略的
に示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a conventional memory cell transistor.

【図7】従来のメモリセルトランジスタの構成を概略的
に示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a conventional memory cell transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

30:メモリセルトランジスタ 32:基板 34:チャネル領域 36:ソース領域 38:ドレイン領域 40:第一のゲート絶縁膜 42:浮遊ゲート電極 42a:チャネル領域対向部分 44:第二のゲート絶縁膜 46:制御ゲート電極 48:強誘電体分極領域 50:強誘電体 52:常誘電体 54:バリア層 30: Memory cell transistor 32: Substrate 34: Channel region 36: Source region 38: Drain region 40: First gate insulating film 42: Floating gate electrode 42a: Channel region facing portion 44: Second gate insulating film 46: Control Gate electrode 48: Ferroelectric polarization region 50: Ferroelectric 52: Paraelectric 54: Barrier layer

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/792 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8247 H01L 27/10 451 H01L 27/115 H01L 29/78 H01L 29/788 H01L 29/792 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01L 29/792 (58) Investigated field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/8247 H01L 27/10 451 H01L 27/115 H01L 29 / 78 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板に設けられたチャネル、ソース及び
ドレイン領域と、 前記チャネル領域上に第一のゲート絶縁膜を介して設け
られた浮遊ゲート電極と、 該浮遊ゲート電極上に第二のゲート絶縁膜を介して設け
られた制御ゲート電極と、 前記第二のゲート絶縁膜、前記浮遊ゲート電極及び前記
制御ゲート電極との間にそれぞれバリア層とを備えて成
るメモリセルトランジスタであって、 前記浮遊ゲート電極のチャネル領域対向部分と前記第二
のゲート絶縁膜が含む強誘電体分極領域との対向面積S
1を、前記浮遊ゲート電極のチャネル領域対向面積S0
り狭くして成ることを特徴とするメモリセルトランジス
タ。
1. A channel, source and drain regions provided on a substrate, a floating gate electrode provided on the channel region via a first gate insulating film, and a second gate provided on the floating gate electrode. A memory cell transistor comprising: a control gate electrode provided via an insulating film; and a barrier layer between the second gate insulating film, the floating gate electrode, and the control gate electrode. The facing area S between the channel region facing portion of the floating gate electrode and the ferroelectric polarization region included in the second gate insulating film
1, the memory cell transistors, characterized by comprising narrower than the channel region facing area S 0 of the floating gate electrode.
【請求項2】 請求項1に記載のメモリセルトランジス
タにおいて、前記バリア層は、絶縁膜材料で構成される
ことを特徴とするメモリセルトランジスタ。
2. The memory cell transistor according to claim 1, wherein said barrier layer is made of an insulating film material.
【請求項3】 請求項1に記載のメモリセルトランジス
タにおいて、前記バリア層は、誘電体材料で構成される
ことを特徴とするメモリセルトランジスタ。
3. The memory cell transistor according to claim 1, wherein said barrier layer is made of a dielectric material.
【請求項4】 基板に設けられたチャネル、ソース及び
ドレイン領域と、 前記チャネル領域上に第一のゲート絶縁膜を介して設け
られた浮遊ゲート電極と、 該浮遊ゲート電極上に第二のゲート絶縁膜を介して設け
られ、互いに極性が異なる電圧が印加される第一、第二
の電極部材からなる制御ゲート電極とを備えて成るメモ
リセルトランジスタであって、 前記第二のゲート絶縁膜が含む強誘電体分極領域を、前
記第一、第二の電極部材に対応する領域にそれぞれ設け
て成ることを特徴とするメモリセルトランジスタ。
4. A channel, source and drain regions provided on a substrate, a floating gate electrode provided on the channel region via a first gate insulating film, and a second gate provided on the floating gate electrode. A control gate electrode provided with an insulating film and applied with voltages having different polarities from each other; and a control gate electrode including a second electrode member, wherein the second gate insulating film is A memory cell transistor, wherein ferroelectric polarization regions are provided in regions corresponding to the first and second electrode members, respectively.
【請求項5】 請求項4に記載のメモリセルトランジス
タにおいて、前記第一電極部材及び前記第二電極部材
を、交互に配置することを特徴とするメモリセルトラン
ジスタ。
5. The memory cell transistor according to claim 4, wherein said first electrode members and said second electrode members are alternately arranged.
【請求項6】 請求項4に記載のメモリセルトランジス
タにおいて、前記第二のゲート絶縁膜、前記浮遊ゲート
電極及び前記制御ゲート電極との間にそれぞれバリア層
を設けることを特徴とするメモリセルトランジスタ。
6. The memory cell transistor according to claim 4, wherein a barrier layer is provided between said second gate insulating film, said floating gate electrode and said control gate electrode. .
【請求項7】 請求項6に記載のメモリセルトランジス
タにおいて、前記バリア層は、絶縁膜材料で構成される
ことを特徴とするメモリセルトランジスタ。
7. The memory cell transistor according to claim 6, wherein said barrier layer is made of an insulating film material.
【請求項8】 請求項6に記載のメモリセルトランジス
タにおいて、前記バリア層は、誘電体材料で構成される
ことを特徴とするメモリセルトランジスタ。
8. The memory cell transistor according to claim 6, wherein said barrier layer is made of a dielectric material.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5877977A (en) * 1996-09-10 1999-03-02 National Semiconductor Corporation Nonvolatile memory based on metal-ferroelectric-metal-insulator semiconductor structure
US6191441B1 (en) * 1997-10-28 2001-02-20 Fujitsu Limited Ferroelectric memory device and its drive method
JP3221854B2 (en) * 1997-11-14 2001-10-22 ローム株式会社 Semiconductor memory using ferroelectric layer
DE19926766A1 (en) * 1999-06-11 2000-12-21 Infineon Technologies Ag Ferroelectric transistor and method for its operation
WO2001024265A1 (en) * 1999-09-30 2001-04-05 Rohm, Co., Ltd. Nonvolatile memory
JP4887566B2 (en) * 2001-03-27 2012-02-29 独立行政法人産業技術総合研究所 Semiconductor non-volatile memory element and manufacturing method thereof
KR100493155B1 (en) * 2002-05-23 2005-06-03 삼성전자주식회사 Thermally stable ferroelectric information storage apparatus
DE10308970A1 (en) * 2003-02-28 2004-09-09 Infineon Technologies Ag Semiconductor memory cell and method for its production
JP2006245280A (en) * 2005-03-03 2006-09-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Field effect transistor and method of operating the same
JP2008192991A (en) * 2007-02-07 2008-08-21 Toshiba Corp Semiconductor device
EP3503200A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-26 IMEC vzw A fe-fet memory device, and a method for programming such a device
EP4075481A1 (en) * 2021-04-15 2022-10-19 Terra Quantum AG Field effect transistor with a negative capacitance gate structure
CN116525685B (en) * 2023-06-29 2023-10-13 之江实验室 Neurosynaptic-like transistor and circuit thereof

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