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公開番号2024028716
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-05
出願番号2023196598,2022144465
出願日2023-11-20,2018-12-13
発明の名称記憶装置
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類G11C 11/405 20060101AFI20240227BHJP(情報記憶)
要約【課題】オン電流が高い半導体装置、動作速度が速い半導体装置、長期間データの保持が可能な半導体装置及び消費電力が低減された半導体装置を提供する。
【解決手段】行列状に配置された複数のメモリセルを有する記憶装置であって、メモリセルの夫々はトランジスタと容量素子を有する。トランジスタは、半導体層を介して互いに重なる領域を有する第1、第2のゲートを有する。記憶装置は「書き込みモード」「読み出しモード」「リフレッシュモード」及び「NVモード」で動作する。リフレッシュモードでは、メモリセルが保持しているデータを読み出した後、第1の時間をかけて該メモリセルに再び書き込む。NVモードでは、メモリセルが記憶しているデータを読み出した後、第2の時間をかけて該メモリセルに再び書き込み、その後第2のゲートにトランジスタをオフ状態にする電位を供給することでメモリセルへの電力供給を停止しても長期間データを記憶できる。
【選択図】図11
特許請求の範囲【請求項１】
メモリセルと、周辺回路と、半導体装置と、を有し、
前記メモリセルは、第１のゲート及び第２のゲートを有する第１のトランジスタを有し、
前記第１のゲートと前記第２のゲートとは、金属酸化物を含む半導体層を介して互いに重なる領域を有する記憶装置であって、
第１のデータを読み出した後に、前記第１のデータを第１の時間書き込む機能と、
保持している前記第１のデータを読み出した後に、前記第１のデータを第２の時間書き込む機能と、
前記第１のトランジスタの前記第２のゲートに第１の電位を供給して前記第１のトランジスタをオフ状態にした後、前記メモリセル及び前記周辺回路への電力供給を停止する機能と、を有し、
前記半導体装置は、第２のトランジスタを有し、
前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第１のトランジスタの前記第２のゲートと電気的に接続され、
前記第１のデータは多値データであり、
前記第２の時間は、前記第１の時間よりも長い、
記憶装置。
続きを表示（約 76 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記第２のトランジスタは、前記第１のトランジスタよりもチャネル長が長い、
記憶装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一形態は記憶装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【０００２】
また、本発明の一形態は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明の一態
様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・
マター）に関する。本発明の一態様は、その駆動方法、または、その作製方法に関する。
【０００３】
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置
全般を指す。記憶装置、表示装置、電気光学装置、蓄電装置、半導体回路および電子機器
は、半導体装置を有する場合がある。また、記憶装置、表示装置、電気光学装置、蓄電装
置、半導体回路および電子機器を、半導体装置ということもできる。
【背景技術】
【０００４】
トランジスタに適用可能な半導体薄膜として、シリコン系半導体材料が広く知られている
が、その他の材料として酸化物半導体（ＯＳ：ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
）が注目されている。酸化物半導体としては、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛などの
一元系金属の酸化物のみでなく、多元系金属の酸化物も知られている。多元系金属の酸化
物の中でも、特に、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物（以下、ＩＧＺＯとも呼ぶ。）に関する研究
が盛んに行われている。
【０００５】
ＩＧＺＯに関する研究により、酸化物半導体において、単結晶でも非晶質でもない、ＣＡ
ＡＣ（ｃ－ａｘｉｓａｌｉｇｎｅｄｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造およびｎｃ（ｎａ
ｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造が見出された（非特許文献１乃至非特許文献３参照。
）。非特許文献１および非特許文献２では、ＣＡＡＣ構造を有する酸化物半導体を用いて
トランジスタを作製する技術も開示されている。さらに、ＣＡＡＣ構造およびｎｃ構造よ
りも結晶性の低い酸化物半導体でさえも、微小な結晶を有することが、非特許文献４およ
び非特許文献５に示されている。
【０００６】
さらに、ＩＧＺＯを活性層として用いたトランジスタは極めて低いオフ電流を持ち（非特
許文献６参照。）、その特性を利用したＬＳＩおよびディスプレイが報告されている（非
特許文献７および非特許文献８参照。）。
【０００７】
また、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタ（以下、「ＯＳトランジス
タ」とも呼ぶ。）を利用した様々な半導体装置が提案されている。
【０００８】
特許文献１には、ＯＳトランジスタを、ＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃ
ｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）に用いた例が開示されている。ＯＳトランジスタは、オフ状態
でのリーク電流（オフ電流）が非常に小さいので、リフレッシュ期間が長く消費電力の少
ないＤＲＡＭを作製することができる。
【０００９】
また、特許文献２には、ＯＳトランジスタを用いた不揮発性メモリが開示されている。こ
れら不揮発性メモリは、フラッシュメモリと異なり、書き換え可能回数に制限がなく、高
速な動作が容易に実現でき、消費電力も少ない。
【００１０】
これらＯＳトランジスタを用いたメモリは、ＯＳトランジスタのしきい値電圧を高くする
ことで、オフ電流を小さくすることが可能になり、メモリのデータ保持特性を向上させる
ことができる。特許文献２には、ＯＳトランジスタに第２ゲートを設けて、ＯＳトランジ
スタのしきい値電圧を制御し、オフ電流を下げた例が開示されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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