[发明专利]驱动半导体存储装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及驱动由强电介质膜构成栅极绝缘膜的场效应晶体管型的半导体存储装置的方法。

背景技术

使用强电介质的非易失性存储器大致分为电容器型和由强电介质膜构成栅极绝缘膜的场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)型两种。

电容器型为与动态随机存储器(DRAM)类似的结构，在强电介质电容器中保持电荷，根据强电介质的极化方向，区分信息的0、1。蓄积于强电介质电容器的极化，与被配置在其上下的电极诱发的电荷结合，在切断电压的状态下不会消失。但是，读出信息时，会破坏已存储的极化，失去信息，所以在该方式下需要进行信息的二次写入动作。因此，伴随每次进行读出动作时的信息二次写入动作，反复进行极化反转，极化的疲劳劣化成为问题。进而，由于在该结构中用读出放大器(sense amplifier)读出极化电荷，所以需要读出放大器的检测极限以上的电荷量(典型的为100fC)。强电介质的单位面积的极化电荷是材料固有的，即使在使元件微细化的情况下，只要使用相同材料，电极面积就需要一定的大小。从而，难以与工艺规则的微细化成比例地缩小使电容器尺寸变小，不适于大容量化。

与之相对地，FET型的强电介质存储器，通过检测出根据强电介质膜的极化方向变化的沟道层的导通状态来读出信息，所以能够不破坏地读出信息。进而，通过FET的放大作用能够使输出电压振幅增大，能够实现依赖比例法则(Scaling law)的微细化。现有技术中，提出有在成为沟道层的硅基板上形成成为栅极绝缘膜的强电介质膜的FET型晶体管。该结构被称为Metal-Ferroelectric-Semiconductor(MFS：金属-铁电体-半导体)型FET。作为MFSFET的结构，考虑了专利文献1记载的使用下部栅极电极的结构，和如专利文献2～4所示在具有下部栅极电极的MFSFET上使用上部栅极电极的结构。

另一方面，在使用强电介质的半导体存储装置中通过调整强电介质的极化的强度能够存储多值数据是众所周知的事实。用使用上述的下部栅极、上部栅极电极的结构的MFSFET写入多值数据的示例能够考虑专利文献5所示的例子。图6是表示专利文献5记载的半导体存储装置的图，图中101为半导体区域，102、103为源极·漏极区域，104为沟道形成区域，105为强电介质膜，106为栅极电极，107为背面电极，108为绝缘膜。使用该装置进行多值数据写入时，首先通过对绝缘膜一侧的背面电极107施加一定的固定电压(图中为+5V)使沟道为反转状态而将源极·漏极和沟道固定为相同的电位。之后，通过调整施加到强电介质一侧的栅极电极106的电压来写入多值数据。即，沟道中流过的电流根据对与强电介质连接的栅极电极施加的电压而变化。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-270313号公报

专利文献2：日本特开2008-263019号公报

专利文献3：日本特开2009-164473号公报

专利文献4：日本特开2003-163331号公报

专利文献5：日本特开平08-335645号公报

发明内容

发明要解决的课题

以专利文献5为代表的MFSFET，通过仅对与强电介质连接的栅极电压进行各种变更来存储多值数据。在这种情况下，相对于写入电压，沟道电阻会按指数函数变化。

图2是对于与专利文献5记载的MFSFET结构一致的MFSFET，仅对与强电介质连接的栅极电极施加电压并写入数据的情况的漏极电流值。如上所述使写入电压线性地增加时，漏极电流会按指数函数变化。其结果是，因写入电压的波动而使沟道电阻值较大地变化，所以存在控制性较差的问题。

本发明鉴于上述问题，其主要目的在于，提供一种驱动能够控制性良好地存储多值数据的半导体存储装置的方法。

用于解决课题的方法

本发明的方法是驱动半导体存储装置的方法，其特征在于，具备以下工序(a)～(c)：

准备具备以下部件的上述半导体存储装置的工序(a)，第一栅极电极、强电介质层、半导体层、源极电极、漏极电极、普通电介质层和第二栅极电极，在此，上述第一栅极电极、上述强电介质层、上述半导体层、上述普通电介质层和上述第二栅极电极以此顺序层叠，上述源极电极被夹在上述半导体层和上述普通电介质层之间，并且与上述半导体层连接，上述漏极电极被夹在上述半导体层和上述普通电介质层之间，并且与上述半导体层连接；