特許ウォッチ

公開番号2025094197
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-24
出願番号2025049399,2023127127
出願日2025-03-25,2013-02-26
発明の名称半導体装置
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H10B 12/00 20230101AFI20250617BHJP()
要約【課題】占有面積が削減された半導体装置、低電力で動作可能な半導体装置及び電力の供給が停止してもデータを保持可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、第1のトランジスタ101と、第2のトランジスタ102と、1つの容量103を有し、第2のトランジスタを介して容量に電荷を蓄積することでデータを書き込み、当該第2のトランジスタをオフ状態とすることでデータを保持する。また、第2のトランジスタと容量との間の保持ノードがゲートに接続された第1のトランジスタにより、データを破壊することなく読み出しを行う。さらに、第2のトランジスタと容量とを、第1のトランジスタ上に重ねて設け、第2のトランジスタの一方の電極と、容量の一方の電極とを、第1のトランジスタのゲートと電気的に接続する構成とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタと重ねて設けられた第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタと重ねて設けられた容量と、を有し、
第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上の領域を有する第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層上に設けられ領域を有し、かつ前記第１の半導体層と重なる領域を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層上に設けられた領域を有し、かつ前記第１の導電層と電気的に接続された第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の側面に接する領域を有する第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層を介して前記第２の半導体層の前記側面と対向する領域を有する第２の導電層と、
前記第２の半導体層上に設けられた領域を有し、かつ前記第２の半導体層と電気的に接続された第３の導電層と、
前記第１の導電層上に重なる領域を有する第４の導電層と、
前記第１の導電層と前記第４の導電層との間の領域を有する誘電層と、を有し、
前記第１の半導体層は、前記第１のトランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記第２の半導体層は、前記第２のトランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記第１の導電層は、前記容量の一方の電極としての機能を有し、
前記第４の導電層は、前記容量の他方の電極としての機能を有する、半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【０００２】
なお、本明細書中において、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
装置全般を指し、記憶装置、電気光学装置、半導体回路、電子部品、及び電子機器は全て
半導体装置の一態様である。
【背景技術】
【０００３】
半導体素子を利用した半導体装置の一つに、記憶装置がある。記憶装置は、電力の供給
が停止すると記憶内容が失われる揮発性の記憶装置と、電力の供給が停止しても記憶内容
が保持される不揮発性の記憶装置に大別される。
【０００４】
揮発性の記憶装置の代表的な例としては、ＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍ
ＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）やＳＲＡＭ（ＳｔａｔｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓ
Ｍｅｍｏｒｙ）などが挙げられる。これら揮発性の記憶装置は電力の供給が停止すると
記憶内容が失われるが、不揮発性メモリのような大きな電圧を必要としないため消費電力
は比較的小さい。
【０００５】
ＤＲＡＭは１つの記憶素子に１つのトランジスタと１つの容量を適用できるため、占有
面積を低減できるが、データの保持期間が極めて短く、高い頻度でリフレッシュ動作を行
う必要があり、消費電力を十分に低減できないといった問題がある。
【０００６】
ＳＲＡＭは高速動作が可能であるが、１つの記憶素子に少なくとも６個のトランジスタ
が必要なため、占有面積が大きくなってしまう。また、トランジスタの微細化に伴って当
該トランジスタのオフ電流が増大するため、データの保持期間における消費電力を十分に
低減できないといった問題がある。
【０００７】
不揮発性の記憶装置の代表例としては、フラッシュメモリがある。フラッシュメモリは
、フローティングゲートに電荷を保持することにより、半永久的なデータ保持期間を有す
る記憶装置である（例えば、特許文献１参照）。しかしながらフラッシュメモリは、書込
みや消去には高い電圧が必要であるため消費電力が高いうえに、これらの動作の高速化が
容易でないという問題もある。さらに、書込みや消去には絶縁膜に高電界をかけてトンネ
ル電流を発生させることによりフローティングゲートに電荷の注入を行うため、書き換え
回数に応じて当該絶縁膜の劣化が進行してしまう問題もある。
【０００８】
また、近年、バンドギャップの大きな酸化物半導体を用いて作製されたトランジスタで
非常に大きなオフ抵抗が発見され、これを用いて記憶装置を構成する記憶素子や信号処理
回路を作製することが提案されている（特許文献２乃至特許文献４参照）。
【０００９】
これらの記憶素子は、トランジスタのオフ抵抗が高いため、トランジスタに直列に接続
された容量素子に蓄積された電荷が消滅するまでに長時間を要し、通常のＳＲＡＭ等に含
まれるフリップフロップ回路で必要であった記憶保持のための電流の消費が削減でき、よ
り消費電力を少なくできる。あるいは、ＤＲＡＭで必要とされたような極めて大きな容量
素子が不要であるため、回路を小型化でき、製造工程の簡略化や歩留まりの向上が図れる
。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開昭５７－１０５８８９号公報
米国特許出願公開第２０１１／０１２１８７８号明細書
米国特許出願公開第２０１１／０１３４６８３号明細書
米国特許出願公開第２０１１／０１７５６４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許