[发明专利]半导体装置及其写入方法

说明书

半导体装置(1001)具备存储单元和写入控制电路，存储单元包含存储晶体管(10A)，存储晶体管(10A)具有含有金属氧化物的活性层(7A)，存储晶体管(10A)是能从漏极电流Ids依赖于栅极‐源极间电压Vgs的半导体状态不可逆地变为漏极电流Ids不依赖于栅极‐源极间电压Vgs的电阻体状态的晶体管，在将存储晶体管(10A)的阈值电压设为Vth，将漏极‐源极间电压设为Vds时，写入控制电路以满足Vgs≥Vds+Vth的方式对施加到漏极(9dA)、源极(9sA)以及栅极电极(3A)的电压进行控制，由此进行向存储晶体管(10A)的写入。

技术领域

本发明涉及具备存储晶体管的半导体装置。

背景技术

作为能用作ROM(只读存储器)的存储元件，以往，已提出使用具有晶体管结构的元件(以下，称为“存储晶体管”。)。

例如专利文献1公开了具有MOS晶体管结构的非易失性的存储晶体管。在该存储晶体管中，通过对栅极绝缘膜施加高电场而使其绝缘击穿来进行写入。另外，专利文献2公开了利用通过对栅极施加规定的写入电压而产生的阈值电压的变化的存储晶体管。

另一方面，本申请的申请人在专利文献3中提出了能比以往降低功耗的新型的非易失性存储晶体管。该存储晶体管将金属氧化物半导体用于活性层(沟道)，利用由漏极电流产生的焦耳热，能不可逆地变为与栅极电压无关地表现出欧姆电阻特性的电阻体状态。如果使用这样的存储晶体管，则能使得用于写入的电压低于专利文献1、2中的电压。此外，在本说明书中，将使该存储晶体管的金属氧化物半导体变为电阻体状态的动作称为“写入”。另外，将从存储晶体管读出在漏极‐源极间流动的电流的动作称为“读出”，将从存储晶体管读出的电流称为“读出电流”。该存储晶体管在写入后金属氧化物半导体会变为电阻体，因此不会作为晶体管进行动作，但在本说明书中，在变为电阻体后也将其称为“存储晶体管”。同样，在变为电阻体后，也使用构成晶体管结构的栅极电极、源极电极、漏极电极、活性层、沟道区域等称呼。

专利文献3记载了将存储晶体管形成于例如液晶显示装置的有源矩阵基板。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第6775171号说明书

专利文献2：特开平11-97556号公报

专利文献3：国际公开第2013/080784号

发明内容

发明要解决的问题

本发明的发明人进行了研究后发现，在专利文献3的存储晶体管中，当在写入时将向存储晶体管的漏极‐源极间施加的电压(写入电压)设定在存储晶体管的饱和区域时，存储晶体管的活性层中的漏极电极的附近会局部产生焦耳热，在漏极电极的附近，金属氧化物的组分有可能局部发生变化。仅活性层的一部分低电阻化，因此，在读出时，来自存储晶体管的读出电流可能下降。其结果是，检测读出电流的传感放大器的输出电压变得不稳定，读出动作余量有可能下降。这可能成为导致半导体装置的可靠性下降的因素。

本发明的实施方式的目的在于，通过抑制来自存储晶体管的读出电流的下降，增大传感放大器的读出动作余量，确保半导体装置的可靠性。

用于解决问题的方案