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JP3150438B2 - 光記憶装置およびその製法 - Google Patents
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JP3150438B2 - 光記憶装置およびその製法 - Google Patents

光記憶装置およびその製法

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JP3150438B2
JP3150438B2 JP21921892A JP21921892A JP3150438B2 JP 3150438 B2 JP3150438 B2 JP 3150438B2 JP 21921892 A JP21921892 A JP 21921892A JP 21921892 A JP21921892 A JP 21921892A JP 3150438 B2 JP3150438 B2 JP 3150438B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光記憶装置に関する。さ
らに詳しくは、イメージセンサ、光センサ、光スイッチ
などで、光の情報を単一の素子によって保持することが
でき、非破壊読出しが可能な光記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光の情報を電気信号に変換して記
憶、保持する半導体装置としては、たとえば特開平2-26
076 号公報に開示されているような、MOSトランジス
タにフォトダイオードが組み合わせられ読み取られるま
で電荷をチャージしておく、いわゆるMOSイメージセ
ンサが知られている。一方、特開平2-68798 号公報に開
示されているような、シフトレジスタとして電荷を移動
させるCCDイメージセンサが知られている。さらに、
単一の光電デバイスを使用するばあいは、常時通電させ
ておいて、単発的に利用する光スイッチなどとして用い
られるのが通常である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記従来のMOS型イ
メージセンサおよびCCD型イメージセンサ共に、光照
射により発生した電荷をそれが読み出されるまでの間チ
ャージとして蓄えられるものである。しかしながら、D
RAMのキャパシタにリフレッシュが必要であるのと同
様に、前記イメージセンサにおいても、時間の経過に伴
って電荷のリークが発生するという問題がある。
【0004】一方、単一で光スイッチなどに用いられる
光電デバイスでは、光が照射されたときのみ利用しうる
情報であるため、即座にDRAMなどのメモリに転送し
て保存する必要がある。
【0005】叙上のごとく従来の装置では、いずれのも
のもその光の情報は電源が切られることによって消失す
るものであり、保存のためにはSRAMやフロッピーに
移す必要がある。
【0006】本発明はこのような問題を解決し、光情報
を記憶する不揮発性の光情報記憶装置を提供すると共
に、その製造が容易な光記憶装置の構成およびその製法
を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の光記憶装置は、
半導体基板上に形成されたフラッシュメモリセルと、透
明基板上に形成された光導電セルとからなり、前記半導
体基板に形成されたフラッシュメモリセル側の表面と前
記透明基板の光導電セル側の面とが電極膜を介して貼着
されていることを特徴としている。
【0008】そして、透明基板の一主面上の一部に電極
膜が形成され、他部に渦巻状の光導電セルが形成される
ことも可能である。
【0009】本発明の光記憶装置の製法は、(a)透明
基板の一主面上に電極膜と光導電セルとを形成し、
(b)半導体基板の一主面側にフラッシュメモリセルを
表面に電極膜を設けて形成し、(c)前記半導体基板の
電極膜と前記透明基板の電極膜とを貼着することを特徴
としている。
【0010】
【作用】本発明の光記憶装置においては、透明基板に形
成された光導電セルが半導体基板に形成されたフラッシ
ュメモリセルに貼着され電気的にも接続されているの
で、情報の書き込みにあたっては、光導電セルの電極お
よびフラッシュメモリセルのゲート電極またはソース電
極に電圧を印加し、ドレイン電極をアースに接続させた
状態で光を照射すれば透明基板側から光が照射されるこ
とにより、正確に光情報をメモリセルに書き込むことが
できる。
【0011】
【実施例】つぎに添付図面を参照しながら本発明の光記
憶装置を説明する。図1は本発明の光記憶装置の一実施
例を示す等価回路図、図2は図1の光記憶装置の構造の
一実施例を示す断面図、図3は本発明の光記憶装置の他
の実施例を示す等価回路図、図4は本発明の光記憶装置
におけるガラス基板上の構成の一実施例を示す概略平面
図である。
【0012】図1において1が光記憶装置であり、光導
電セル2がフラッシュメモリセル3のコントロールゲー
ト電極4aに接続されたものである。5はフローティン
グゲートであり、6はソース、7はドレインを示す。コ
ントロールゲート電極4aは高抵抗部8を介してアース
Eに接続されている。高抵抗部8は光導電セル2の電極
2aに印加する電圧を変化させずに書込みおよび読出しを
するために設けられたものである。
【0013】かかる光記憶装置1において、光導電セル
2は光照射時に約1MΩ、光非照射時に約1GΩの電気
抵抗をそれぞれ示す特性を有するものであり、高抵抗部
8は約350 MΩである。そのばあい光導電セル2の電極
2aに約12Vの電圧を印加し、ドレイン7の電極7aを
アースEに接続するとコントロールゲート4と光導電セ
ル2との接続点4aの電位は、光照射時には約12Vとな
り、非照射時には約3Vとなる。そして上記光照射時に
ソース電極6aに3〜8Vの電圧が印加されていれば、
それによってフローティングゲート5内に電子が注入さ
れる。すなわちデータの書込みがなされる。なお、光導
電セル2の電極2aに所定の電圧が印加されていなけれ
ば前記接続点4aの電位は高抵抗部8を介してアースE
に接続されているため、0Vとなり、光の照射、非照射
にかかわらずフラッシュメモリセル3の内容に変化は起
きず、書込みはなされない。一方、光の非照射時にソー
ス電極6aに3V位の電圧を印加し、ソースとドレイン
間の電流を読めば、フローティングゲートに電子が注入
され、スレッショルド電圧を超えていればONになり、
電子が注入されていなければ(書込みがされていなけれ
ば)電流が流れずOFFのため、「1」、「0」の状態
を読み取ることができる。
【0014】また、書き込まれたデータを消去するとき
は、ドレイン電極7aに5Vの電圧を印加し、光導電セ
ルの電極2aに−7Vの負電圧を印加すればフローティ
ングゲート4内の電子が半導体基板に引き抜かれること
によりデータが消滅する。
【0015】叙上のごとく機能する光記憶装置1は、図
2にその断面が示されるような構造とすることができ
る。以下、図2を参照しつつ本光記憶装置1の製法を説
明する。なお、理解を助けるために図1の回路図におけ
るのと同一構成部分については図1と同一符号を用い
る。
【0016】まず、ガラス基板などの透明基板16の一主
面上に光導電セル2の電極2aとなるITOやZnO2
などの透明導電膜を形成し、さらにその上に光導電セル
2を形成するCdSやCdSeなどの光導電性材料の薄
膜を形成し、さらにその上にAl−Siなどの電極膜17
を形成する。具体例としては、蒸着法やスパッタリング
法でITO膜などを0.3 〜2μmの厚さに形成する。引
き続きスパッタリング法などにより、光導電性材料を被
着し、0.3 〜2μmの厚さに形成する。この厚さは両電
極のあいだの長さ方向になり、光導電セル2の抵抗値に
直接影響し、厚さが倍になれば抵抗値も2倍になり、3
倍になれば抵抗値も3倍になる。抵抗値は面積に反比例
するが、メモリセルの大きさと光を検知できる最低限の
大きさから面積は1〜104 μm2 の大きさに形成され
る。
【0017】つぎに、半導体基板にフローティングゲー
トを有する不揮発性のメモリトランジスタを形成する。
このメモリトランジスタの形成は通常のプロセスで行わ
れる。すなわち、半導体基板11にフィールド絶縁膜9を
形成し、フィールド絶縁膜9で囲まれた半導体領域の表
面にゲート絶縁膜10、フローティングゲート層5、さら
に絶縁膜12を介してコントロールゲート層4を形成し、
パターニング後半導体領域にドレイン領域7およびソー
ス領域6を形成する。このソース領域6の形成の際、あ
らかじめ低濃度不純物領域を広く形成しておき、ソース
領域6の周囲に低濃度不純物領域6bが形成されるよう
にし、フローティングゲートへの電子注入をし易くして
いる。さらに層間絶縁膜13を形成し、図示していない高
抵抗部や、コンタクト孔を介してAl−Siなどでドレ
イン、ゲート、ソースの各電極膜7a、4a、6aを形
成する。ゲート電極膜4aは露出させ、ドレイン、ソー
スの各電極膜7a、6aはさらに保護膜14で覆われ、
メモリセル部が形成される。
【0018】そののち、このメモリセル部のゲート電極
膜4a側と前述の透明導電膜、光導電セル、電極膜の形
成された透明基板の電極膜17側を重ね合わせて約400 ℃
位で約30分間加熱することにより電極材料のAl−Si
が溶着して本発明の光記憶装置が形成される。このよう
に、透明基板16を貼着して構成することにより、光導電
セルや電極膜が平らな面に形成できるため、形成し易
く、正確な膜厚で形成できる。また、素子の面積がフラ
ッシュメモリセルの範囲でよいため高集積化が可能とな
る。そして、透明基板16の背面などにZnO、TiO2
などからなる紫外線遮蔽膜18が簡単に形成され、紫外線
遮蔽膜18が形成されることにより、メモリ内容の消滅や
フラッシュメモリセルの誤動作などが防止される。
【0019】ここで、前記光導電セル2はCdS、Cd
Se、CdTeまたはZnSなどからなり、スパッタリ
ング法などにより形成されている。また、コントロール
ゲート層4とフローティングゲート層5とはポリシリコ
ンなどから形成され、電極膜はAl−SiやAlなどか
ら形成される。そして、各絶縁膜10、12、13、14はSi
2 などから形成されるが、とくにコントロールゲート
層4とフローティングゲート層5との間の絶縁膜12は効
率的なトラップの点から、Si3 4 層の両面をSiO
2 層によってサンドイッチ状に挟むONOの3層構造と
するのが好ましい。しかし、酸化膜の1層のみまたは酸
化膜とチッ化膜の2層の構造でもよい。図3には本発明
の光記憶装置の他の実施例の等価回路図が示されてい
る。この実施例の光記憶装置21は、光導電セル22がフラ
ッシュメモリセル23のソース電極24aに接続され、その
電極24aが高抵抗部25を介してアースEに接続されてい
るものである。図中26はコントロールゲート、27はフロ
ーティングゲート、28はドレインである。
【0020】本光記憶装置21も前記光記憶装置1(図1
参照)と同じく、その光導電セル22は光照射時に約1M
Ω、非照射時に約1GΩの電気抵抗を示し、高抵抗部25
は約350 MΩの電気抵抗を有している。
【0021】したがって、光導電セルの電極22aに約4
Vの電圧を印加し、ドレイン電極28aをアースEに接続
すれば、ソース電極24a、すなわち光導電セル22とソー
ス24の接続点の電圧は、光照射時に約4V、非照射時に
約1Vとなる。その状態でコントロールゲート電極26a
に約12Vの電圧を印加し、光導電セル22に光を照射すれ
ばソース領域24からフローティングゲート27内に電子が
注入され、情報が書き込まれる。なお、光導電セルの電
極22aおよびコントロールゲート電極26aの双方に所定
の電圧が印加されない限り、光の照射、非照射にかかわ
らずフラッシュメモリセル23の内容に変化は生じず、し
たがって書込みはなされない。
【0022】一方、光の非照射時にコントロールゲート
電極24aに3Vの電圧を印加し、光導電セル電極22aに
4Vの電圧を印加したうえでドレイン領域28の電流を検
出することによりフラッシュメモリセル23の「0」、
「1」を判断することができる。 また、書き込まれた
データを消去するときは、前の実施例と同様に、ドレイ
ン電極28aに5V、コントロールゲート電極26aに−7
Vを印加することによりフローティングゲート27の電子
が引き抜かれる。
【0023】本光記憶装置21は情報書込み時の印加電圧
が低くてよいため消費電力が低減される。
【0024】叙上のごとく機能する光記憶装置21も前記
実施例の光記憶装置1と同様に透明導電膜や光導電セル
が形成されたガラス基板を半導体基板に形成されたメモ
リセルに貼着して構成することができ、光導電セルは正
確な膜厚で簡単に形成できる。ただし、この実施例のば
あいは、光導電セルの電極膜がメモリセルのソース電極
に接続されるため、メモリセルの低い側に接続される
(メモリセルはゲート電極側が積層のため高く形成され
ている)ことになる。そのためガラス基板側で突出部が
形成され、その部分に光導電セルが形成されるか、また
はソース電極をゲート電極と同じ位の高さまで引き出し
て貼着する必要がある。
【0025】前記実施例(図2)においては透明基板16
の主面全面に透明導電膜を形成し、その上面全面に光導
電セル2を形成したが、光導電セルの抵抗値は面積に反
比例し厚さに比例するため、形状は適宜変更されうる。
たとえば、図4に光導電セルの他の形状の平面図が示さ
れるように、ガラス基板41上の一部に電極となるべき導
電膜42を形成し、該導電膜42と連結して光導電セル43を
渦巻状に形成してもよい。そのように構成するばあい、
導電膜42と光導電セルとが重なり合わないので透明導電
膜とする必要がなく、一般のAl電極などを用いること
ができる。また、光導電セル43の抵抗値は渦巻の長さお
よび膜厚を変えることにより自由に調整することができ
る。
【0026】なお、前述の各実施例ではガラス基板の例
で説明したが、ガラスに限らず、プラスチックなど光を
透過できる透明基板であれば他のものでもよい。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、単一の素子によって光
の情報を直ちにフラッシュメモリに記憶することができ
る光記憶装置を透明基板側に形成された光導電セル部
と、半導体基板に形成されたメモリセル部を貼着するこ
とにより形成しているため、簡単に形成できると共に、
光導電セルの膜厚も正確に形成でき、しかも抵抗値も自
由に調整できる。
【0028】さらに、光導電セルは透明基板で保護され
ているため、光の検出を正確に行え、誤差のない正確な
記憶をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光記憶装置の一実施例を示す等価回路
図である。
【図2】本発明の光記憶装置の構造の一実施例を示す断
面説明図である。
【図3】本発明の光記憶装置の他の実施例を示す等価回
路図である。
【図4】本発明の光記憶装置におけるガラス基板上の光
導電セルの構成の一実施例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
1 光記憶装置 2 光導電セル 3 フラッシュメモリセル 4 コントロールゲート 5 フローティングゲート 6 ソース 7 ドレイン 8 高抵抗部 16 透明基板 17 電極膜 21 光記憶装置 22 光導電セル 23 フラッシュメモリセル 24 ソース 25 高抵抗部 26 コントロールゲート 27 フローティングゲート 28 ドレイン 41 ガラス基板 43 光導電セル
───────────────────────────────────────────────────── 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 G11C 11/42 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成されたフラッシュメ
    モリセルと、透明基板上に形成された光導電セルとから
    なり、前記半導体基板に形成されたフラッシュメモリセ
    ル側の表面と前記透明基板の光導電セル側の面とが電極
    膜を介して貼着されていることを特徴とする光記憶装
    置。
  2. 【請求項2】 前記透明基板上に形成された光導電セル
    が、渦巻状に形成されていることを特徴とする請求項1
    記載の光記憶装置
  3. 【請求項3】 (a)透明基板の一主面上に電極膜と光
    導電セルとを形成し、 (b)半導体基板の一主面側にフラッシュメモリセルを
    表面に電極膜を設けて形成し、 (c)前記半導体基板の電極膜と前記透明基板の電極膜
    とを貼着することを特徴とする光記憶装置の製法。
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